JP2012509192A - 熱間等方圧プレスにおける温度制御のための方法並びに熱間等方圧プレス - Google Patents

Abstract

本発明は、熱間等方圧プレスにおける熱処理のための方法並びに熱間等方圧プレスであって、熱間等方圧プレスは圧力容器（１）から成っており、圧力容器は、内部に位置する装填室（１９）を有し、かつ該装填室との間に配置された絶縁体（８）を備えており、絶縁体（８）の内側に加熱要素（４）と、装填物（１８）のための１つの装填室（１９）とが配置されている形式のものに関する。本発明の構成により、加熱若しくは冷却のため、或いは温度レベルの維持のための自然に若しくは強制的に形成される少なくとも１つの対流に加えて、少なくとも１つの回転流（２３）が動的若しくは静的に圧力容器（１）の内側に発生される。独自に用いられ若しくは前記方法に適する熱間等方圧プレスは、自然に若しくは強制的に形成される対流に対して所定の角度で流れる回転流を形成するための動的及び／又は静的な手段を、圧力容器（１）内に配置して形成されている。

Description

本発明は、熱間等方圧プレスにおける温度制御のための、請求項１の上位概念に記載の形式の方法、並びに請求項１０の上位概念に記載の形式の熱間等方圧プレスに関する。

熱間等方圧プレス（ＨＩＰ）若しくは圧力炉（圧力釜）は今日多様に、例えば製品若しくは部品の製造若しくは熱処理等に用いられるようになっている。熱間等方圧プレス等において、固形の材料若しくは粉末から成る成形材は、マトリックスを用いて高圧及び高温下で圧縮される。熱間等方圧プレスにより、同一種若しくは異種の材料を互いに接合することもできる。一般的に、被処理体とも称される材料は、加熱部を備える炉内に装填され、炉は、高圧容器によって取り囲まれている。加熱中若しくは加熱の後に、流体若しくは不活性ガス、多くの場合にアルゴンのあらゆる方向からの圧力により、完全に等方圧的なプレスが行われ、材料が最適に圧縮される。このような方法は、例えばセラミック材料から成る構成部品、例えば股関節プロテーゼや、自動車若しくはエンジン用のアルミニウム製の鋳造品や、自動車用エンジンのシリンダーヘッドや、例えばタービン翼のためのチタン合金から成る精密鋳造品等を、その成形の後に更に圧縮するため、つまり後圧縮するためにも用いられる。高圧及び高温下での後圧縮により、先行の成形過程で発生した気孔が消滅され、内部欠陥が除去され、かつ組織特性が改善される。上記方法は、更に、粉末材料から圧縮及び焼結されて実質的に最終輪郭を有する構成部品の製造にも用いられる。

ＨＩＰ・サイクルは、一般的に著しく長く、数時間から数日を要している。運転温度をプレスが危険なく開かれる許容の温度まで低下させる冷却時間は、長く、サイクル時間の三分の一を占めており、製造効率を低下させている。明らかなように、冷却は、製造すべき部品の材料特性にとって極めて重要である。多くの材料にとっては、材料品質の理由から最大の冷却速度を維持することが必要である。更に冷却に際して、材料を全体的に均一に冷却する必要がある。大きな部品の製造に際して、部分的又は区域毎に異なる温度での冷却に起因して生じる内部応力は、歪みや亀裂を発生させ、ひいては完全な破損につながることになる。このような問題は、小さい部品を炉内のフレーム若しくは棚に載せて処理する場合にも発生している。

機械的な補助手段、例えば送風機を用いて或いは用いることなしに熱ガスを循環させる構造の圧力炉（圧力釜）は公知である。機械的な補助手段を用いない構成において、圧力炉（オートクレーブ[autoclave]）内の圧力媒体の対流及び再分配は、温度差（外壁の加熱若しくは冷却）によって行われるようになっている。この場合に、温度の低い方（低温）の流体は下降し、温度の高い方（高温）の流体は上昇する。このような流体流は、圧力炉内における均一な加熱循環若しくは冷却循環を達成するために、案内機構の使用によって制御されて用いられるようになっている。従来技術においては、いわゆる案内スリーブ若しくは対流スリーブを使用するようになっており、案内スリーブ若しくは対流スリーブは、上端部及び下端部の開放された管によって形成されている。加熱に際して、炉内の熱源は推進のために作動され、流れは、熱源の配置に依存して形成される。例えば、装填室内（装填物の下方）における加熱により、装填室の中央における上昇流が形成され、かつ壁（低い温度）の外側に下降流が形成される。予測不能な混合流の問題を解決するために、対流スリーブとその外側に同軸に配置された絶縁体との間の対流間隙により、制御された下降流を発生させるようになっており、このような構成により、再び冷めた流体は、確実にまず、加熱室内に流入して、加熱され、次いで再び装填室内に流入するようになっている。冷却プロセスの場合にも、対流スリーブと冷却作用のある外壁／絶縁体との間で冷却された流体は、下降して、低温の流体として、装填室内へ入り込み、その結果、対流スリーブの内部における装填物の周りにある温度の高い流体を上方へ押し動かすことになる。ＨＩＰ・装置のカバーにおいて、下方から到来する流れは、流体を外周領域に向けて押し動かし、これにより、流体は、外壁又は外周壁と対流スリーブとの間を再び下降することになる。これにより、相応の冷却が生じ、連続的な冷却プロセスが維持されることになる。このような類似の過程が、国際公開第２００３／０７０４０２Ａ１号明細書に、熱間等方圧プレスにおける冷却のための方法として記載されている。該方法において、高温の流体が装填室から流出して、装填室の外側の冷却作用のある下降する流体と混合され、混合した流体が再び装填室内へ戻される。該方法は、欠点として複雑な条件、ひいては熱間等方圧プレスの、多数の案内薄板の配置される複雑な構造を必要としている。更なる欠点として、混合されて再度導入されるべき流体は、コントロールされることなく装填室内へ流れ込み、そこで、装填室内における正確な貫流が装填物のアンダーカット部若しくは装填物の支持構造体により妨げられることに起因して、種々の冷却速度が生じてしまっている。該方法においては、混合温度に冷却されたガスが、下方から装填室内へ送られており、これにより、装填室の下方の端部と上方の端部との間の避けがたい温度勾配が生じており、従って一様な冷却速度を達成することは不可能である。

ＨＩＰ・装置における急冷のための構成は、例えば独国特許出願公開第３８３３３３７Ａ１号明細書により公知である。該構成においては、急冷の実施のために、絶縁フードの内側の高温室と絶縁フードの外側の低温室との間でガス循環を行うようになっており、このために循環回路は容器底部室における弁を介して開かれるようになっている。絶縁フードの上方のカバー（蓋）には、常に開いている開口部を設けてあり、該開口部を経て温度の高い流体が流出するようになっている。該構成の欠点として、温度の著しく低い流体が下方から高温室内へ流れ戻り、直接に炉内の装填物若しくは被処理品と接触している。高温室は、下方から上方へ低温ガスで満たされることになる。これにより更に欠点として、制御不能なパラメータでの急激な冷却が生じ、装填室全体にわたる一様な冷却速度を達成することが不可能である。この場合にも、大きな構成部品においては、前に述べた問題、つまり、歪みや亀裂若しくは破損が発生してしまうことになる。これまでのことから明らかなことは、技術的に重要な温度保持段階では、装填室内の装填物若しくはチャージが、例えば±５℃の狭い許容範囲内に保たれねばならないことである。温度保持段階では、公知の圧力容器システムは、装填室内の高温のガスと低温のガスとを分離してしまう傾向にある。このような作用を防止するために、能動的な加熱要素を用いた対向処置が試みられている。しかしながら圧力容器システムにおいて、加熱要素は、装填室の周壁に作用していて、装填室の中央において分離を完全に防止できるものではない。国際公開第２００３／０７０４０２Ａ１号明細書に記載の構成においては、装填室を通る強制的な対流が用いられているものの、例えば加熱と冷却との間の保持段階、若しくは温度の段階的な変化の間の保持段階では、必要な加熱出力の減少により、対流はほぼ停止し、従って保持段階では所期の効果はほとんど得られなくなっている。循環用送風機を備える他の圧力容器システムにおいては、流れは全く鉛直に装填室へ向けられている。装填物若しくは使用される装填物支持フレームの各構造若しくは各幾何学形状により、圧力容器内に流動抵抗の互いに異なる区域が生じ、結果として、装填室内には一様でない貫流が生じることになる。つまり、流体流れ（貫流）は、抵抗の小さい経路を通って流れるので、貫流は、流動抵抗の小さい区域に沿って多くかつ高い速度で流れ、従って、流動抵抗の小さい区域は相応に急速に温度制御されることになる。これに対し、貫流又は流体流れをほとんど受けない若しくわずかしか受けない領域は、温度制御されにくく、従って、圧力容器若しくは装填室内には不均一な温度分布が生じてしまうことになる。

本発明の課題は、熱間等方圧プレスにおける均一な温度制御のための方法を提供すると共に、該方法の実施のために適しているだけではなく、独自に均一な温度制御の利点を伴って運転される熱間等方圧プレスを提供することにある。もちろん、装填室若しくは装填物の均一な冷却を重要視しており、この場合に、低温の流体は、熱間等方圧プレスの圧力容器、有利には装填室内の高温の流体と速やかに混合され、圧力容器全体、特に装填室内における十分に高い速度でかつ確実な循環を達成し、これにより装填物全体の均一な冷却を達成することになる。しかしながら、上記方法は、装填室内の温度の均一化を達成するために、熱間等方加圧プロセスにおける加熱及び保持段階にも有利に用いられるものになる。

上記課題を解決するために、本発明に係る方法の構成によれば、加熱若しくは冷却のため、或いは温度レベルの維持のための自然の少なくとも１つの対流若しくは強制される少なくとも１つの対流に加えて、少なくとも１つの回転流が、動的若しくは静的に熱間等方圧プレスの圧力容器の内側に発生される。回転流は、流体の混合を強めるため、つまり、流体の混合度を増大するために用いられ、若しくは絶縁体、対流スリーブ及び／又は圧力容器の周壁面と流体との間の熱伝達を強める、つまり、熱伝達量を増大するために用いられる。

上記技術思想について付言すれば、自然の対流は、圧力容器内の温度差に基づき発生する流体流れを意味している。温度差の形成は、圧力容器の内側若しくは外側に設けられる加熱要素若しくは冷却要素によって促進されてよいものである。この場合に、積極的に形成される対流、つまり強制される対流(aktivierte Konvektionsstroemung)への移行部は、比較的に流動的であり、つまり定かではなく、強制される対流は、対流流れの推進を意味しており、対流流れの推進（駆動）は、加熱要素又は冷却要素、バルブ、低温貯蔵部、冷凍部、循環装置（ベンチレーター）及び／又はノズル等を用いて行われるものである。同様に、圧力容器内の回転流の動的(aktiv)な発生と静的(passiv)な発生とも明確に区別されるものではなく、回転流の動的な発生（形成）は、回転流を推進する若しくは強める手段、例えば循環装置（ベンチレーター）及び／又はノズル等によって行われるものと解され、また、回転流の静的な発生には、対流流れの運動エネルギーが、案内装置を介して用いられる。

前記課題を解決するために、独自に運転される熱間等方圧プレス若しくは本発明に係る方法の実施に用いられる熱間等方圧プレスの本発明に係る構成によれば、圧力容器から成っており、圧力容器は、内部に位置する装填室を有し、かつ装填室との間に配置された絶縁体を備えており、絶縁体の内側に加熱要素と、装填物の装填される装填室とが配置されている形式のものにおいて、自然の対流若しくは強制される対流に対して所定の角度を成して流れる回転流を形成するための動的及び／又は静的な手段が、熱間等方圧プレス圧力容器内に配置されている。

本発明に係る等方圧プレスは、前記方法の実施に適しているものの、独自にも運転されるものである。本発明の技術思想は、自然の対流若しくは強制される対流に加えて、案内装置、加熱体、冷却体、吹き込み装置、噴射装置若しくは循環用送風機等により意図的に、回転流を圧力容器内に形成することを根底にしている。本発明の技術思想によれば、圧力容器内に発生されている鉛直方向の対流若しくは温度差によりすでに存在している自然の鉛直方向の対流に加えて、該対流に対して角度を成して流れる回転流を形成し、該回転流を圧力容器若しくは装填室内の流体と混合することにより、熱が局所的に蓄積されることを避けて、加熱率若しくは冷却率を増大するものである。

本発明に基づき有利には急速に行われる冷却若しくは急冷による利点は容易に理解されるものであり、方法の過程及び／又は発生する物理的な作用は、原理的に逆の加熱及び保持段階でも、当業者にとって容易に用いられて実施され得るものである。有利には冷却の場合に回転流により、高温の流体粒子と低温の流体粒子との間の鉛直方向の分離が避けられると共に、装填物から圧力容器の内側における例えば冷却された外周部分へのエネルギー輸送が行われる。回転流により、装填室内に強い渦が生じ、従って、流動距離が長くなり、その結果、流体に、装填物若しくは温度調整された別の面、例えば冷却された外壁に対するエネルギーの授受のためのより長い時間が与えられるようになっている。このような流れは、鉛直な貫流とは異なり、装填室を均一に流過することになり、ガス及び温度交換の乏しい停滞域又はデッド域が生じるようなことはなくなっている。回転流は、二次的に静的な手段によって案内されてよく、つまり、自然の対流若しくは強制される対流（多くの場合に低温域の流体により推進若しくは加速される対流）がスタートされ、該上昇する対流若しくは下降する対流が、静的な手段である案内装置によって若しくは圧力容器の内側の幾何学形状の構造部分によって、対流の流れ方向に対して斜めのパルスを受けるようになっている。このようなパルスは、例えば案内薄板、ファン、或いは適切な遮断若しくは遮りによって与えられるようになっている。強く設定された温度勾配の形態のためには、有利には異なる温度の流体の噴射若しくは吹き込みが行われる。有利には装填室の上方の端部において行われる高い速度での流体噴射により、圧力容器若しくは装填室内にサイクロン効果が発生する。つまり、温度の低い方の流体（低温の流体）は、壁に沿って円運動しつつ、高い流体密度に基づき下降するようになっている。流体噴射は装填室の下方の端部若しくは装填室の外側で行われてもよい。装填室の外側領域若しくは外周領域では、装填物の近傍の高温の流体とサイクロン状に運動する低温の流体との間の混合が行われる。この場合に下降する流体は、装填室の内側領域若しくは内周領域の高温の流体を連行し、つまり一緒に移動させ、これにより混合温度が生じる。このような最適な混合により、かつ装填物を温度の低すぎる流体から物理的な理由で確実に保護することにより、各装填物部分の一様な最適な冷却勾配が保証されるようになっている。装填室の内部における流体の回転運動及び、これに伴って発生する渦流により、上昇若しくは下降する流体のみでは装填物若しくは装填物支持体のアンダーカット部又はニッチ状の凹部に起因して装填室内に生じる温度むらの発生が、確実に避けられるようになっている。流体の回転流及びこれに伴って発生する渦流は、回転流の流体を、装填物のニッチ状の凹部内に滞留する流体と十分に混合させることになり、温度差、つまり温度むらの完全な解消につながっている。このような構成により、アンダーカット部又はニッチ状の凹部若しくは複雑な形状を有する被加工物（被処理物）も均一に冷却（加熱）されるようになっている。更に冷却勾配は、被加工物の周り或いは温度差の形成のための冷却要素又は加熱要素の周りに層状の保護流れが形成されず、かつ、回転流が十分な渦を伴って被加工物或いは冷却体に接して流れるので増大されるようになっている。このように、熱処理中における被加工物に対する熱移動が明確に増大されるようになっている。

回転流の効果を高めるために、本発明の有利な形態によれば、装填室（処理室）内に対流スリーブを配置してある。装填室を対流スリーブにより空間的に仕切ることにより、対流間隙内に、少なくとも追加的に、回転される独立の流れを形成することができるようになっている。該流れの流体は、圧力容器の装填室の上方若しくは下方の領域において対流間隙から流出した後に、再び、内側の装填室内に流入して、そこで、内側の装填室内の回転流に捕らえられて、混合されることになる。該構成により、装填室の下方の領域の冷却された流体（温度の低い方の流体）と装填室の上方の領域の温度の高い方の流体、及び冷却段階において圧力容器の容器底部室から新たに送り込まれる流体との最適な混合が行われるようになっている。該構成は、加熱にも逆のプロセスにより用いられるものである。

本発明の形態によれば、対流方向に流れる流体は、対流間隙内において動的な手段により推進され若しくは静的な手段（案内薄板等）により案内されることに基づき回転パルスを受けるようになっている。対流間隙内における回転流も、最適な混合及び温度の均一化に役立ち、局所的な温度差を防止するものである。更に、対流間隙の壁間の熱移動が、渦を発生させる回転流により著しく増大されるようになっている。更に、対流間隙における回転流の流過長さは、相応に長くなっており、これにより、温度調整された面（冷却された圧力容器壁）に対する熱移動の著しい向上、ひいては効果的な冷却を可能にしている。同様のことが、加熱過程及び温度保持過程にも当てはまり、この場合には加熱要素若しくはヒーターの熱出力が回転流によって受け取られるようになっている。本発明の形態によれば、対流間隙内に、静的な手段である案内薄板若しくは同様の機能の抵抗体或いはそらせ部材を設けてあり、このような手段は、回転流を案内し或いはそらせて、上昇中の流体の回転速度の促進若しくは制動を行い、或いは均一な混合の向上につながる渦の発生に役立つものである。

有利な別の形態によれば、圧力容器内に２つの循環回路を設けてあり、１つの内側の循環回路は、装填室の領域に配置されており、別の外側の循環回路は圧力容器の壁の領域に配置されており、両方の領域は、肉厚の部材又は厚い壁状の構成部材若しくは絶縁体（断熱体とも称される）によって互いに分離されていてよい。両方の循環回路内における流れの流体状態若しくは循環流量は、簡単な構造の手段、例えば所定の形状の通流開口部若しくは調整手段、例えばバルブを介して調整されるようになっていてよい。開口部は、その開口断面積を装填毎に新たに手動で調節されるようになっていてよい。

要約すると、装填室の内部における一様な最適な温度変化が行われ、温度差が、導入される回転流により避けられるようになっている。更に、外側の循環回路と内側の循環回路との間で交換されるべき流体量、つまり外側の循環回路から内側の循環回路へ通流されるべき流体量の調整により、冷却の速度が、極めて速い状態から極めて遅い状態まで調整され、各実施例に簡単に適合されるようになっている。

本発明に係る構成は、圧力容器内において温度を変化させる場合にも、温度の保持段階でも用いられるものの、特に急冷の場合に用いられ、装填室全体若しくは圧力容器全体にわたる均一な温度分布を達成することができる。同様のことが特に、アンダーカット部を有する被加工物にも当てはまり、更にフレーム若しくは支持装置に載せて装填されねばならない被加工物にも当てはまる。本発明の技術思想により、最新の高出力構造のものに課せられる極めて狭い温度許容範囲及び正確なプロセスを有する熱間等方圧プレスの形成が可能になっている。圧力容器内に設けられて付加的に圧力容器の壁に対して離間される絶縁体若しくは断熱体により、２つの循環回路が形成され、かつ必要に応じて各循環回路に配設される回転回路も形成される。圧力容器の外側部分に沿って流れる回転流は、圧力容器の壁（外側部分）からの熱受容の向上に役立ち、かつ外側の循環回路と内側の循環回路との間の流体の意図的に制御可能な交換により、温度差の値を簡単に調整することができるようになっている。

圧力容器の中心軸線に沿った概略的な垂直断面図であり、装填室に対して同心的に配置された対流スリーブの側面を示してある。 図１の圧力容器の装填室の上方の領域の噴射平面に沿った水平断面図である。 圧力容器の絶縁体の外側の領域と内側の領域との間の混合平面に沿った水平断面図である。 循環装置による内部の温度調整装置を有する圧力容器の中心軸線に沿った概略的な垂直断面図である。 対流スリーブ及び循環装置を有する構造の簡略化された実施形態の圧力容器の垂直断面図である。 大きな装填室及び回転流の形成のための静的な手段を有する構造の簡略化された別の実施形態の圧力容器の垂直断面図である。

図示の圧力容器１は、通常の構造である内部に位置する装填室１９を有していて、該装填室１９と圧力容器１の外壁との間に配置された絶縁体８を備えている。対流間隙２８の形成のために、装填室１９内に対流スリーブ２７を配置してある。以下においては、主に圧力容器１における冷却について説明する。加熱された流体による或いは加熱要素による積極的な加熱（能動的な加熱又はアクティブな加熱）は、所定の流れ方向で行われ、当業者にとって技術的に知られているものであり、必要に応じて対流方向が変えられるようになっている。更に、絶縁体８の内側に加熱要素４を配置してあり、装填物１８は、通常のように装填物支持プレート（図示省略）上に載せられ、或いは、個品はキャリア（図示省略）を用いて装填物支持プレート上に載せられるようになっている。

圧力容器１は更に閉鎖カバー２，３を有しており、該閉鎖カバー（閉鎖蓋又は密閉蓋）は、圧力容器１の装填及び排出のために用いられるようになっていてよいものである。絶縁体８の内側で装填室１９内には少なくとも１つのノズル１３を設けてあり、該ノズルを介して流体が、回転流２３の形成のために有利には高い速度で供給され、つまり噴射されるようになっている。流体は、ノズル１３の周囲にある流体よりも高い温度、若しくは低い温度、或いは同じ温度を有していてよいものである。物理的な法則に基づき、温度の低い方の流体（低温の流体）は、回転流２３によって絶縁体８の内壁若しくは対流スリーブ２７の内壁に向けて押される。図１において、ノズル１３を用いて回転流２３をスタートさせるようになっており、この場合に案内薄板３１は、上方への上昇パルスを発生させるように形成されており、これにより、対流間隙２８内の回転流２３は上方へ向けて強いられ、つまり送られるようになっている。ノズルによる供給（噴射）を省略すると、対流間隙２８内の流体は、該流体に対して温度の低い絶縁体８により、下方に向かう流れを受けることになり、案内薄板３１は、図面に示す方向とは逆向きの回転流２３を形成することになる。このように、ノズル１３及び所期の流れに対応する適切な案内薄板３１を組み込んである場合に、運転者には、回転流２３を両方の方向で実施（形成）する、或いは温度制御過程（冷却又は加熱）中に転向するという選択肢が与えられている。例えば対流スリーブ２７内の加熱要素４による加熱中にノズル１３の使用を省略すると、対流スリーブの内部において、加熱された流体は上昇することになる。損傷しやすい装填物１８の処理の際に、加熱された流体を予め均一に混ぜ合わせることが望まれる場合に、既に述べてあるように、ノズルを用いることにより、回転流２３のほかに、図示のように対流間隙２８内における上方へ向けられた流れを同時に形成することができる。これによって、装填物の下方における加熱要素４による加熱にも拘わらず、流体は、まず対流間隙２８内に流入して、そこで回転流によって十分に混合され、次いで、対流スリーブ２７の内側における装填室１９に流入するようになっている。種々の方法における共通の利点として、本発明に基づく構成によれば、動的な手段若しくは静的な手段により、回転流２３を圧力容器１の内側に発生させることができ、該回転流は、自然の対流（自然に形成される対流）に対して所定の角度方向のパルスを有しているので、流体全体の十分な混合を行うようになっている。

圧力容器１の中心軸２６に対して垂直な断面で見て、中心軸２６の近傍には、何らかの特別な手段を講じていなければ常に最大の温度の流体が存在している。つまり、温度は、回転流２３の形成中には絶縁体８に向かって減少している。有利な実施形態では、流体は、少なくとも１つのノズル１３から圧力容器１の中心軸２６に対して水平に送り込まれるようになっている。特に有利なのは、圧力容器１の中心軸線２６に対する接線方向の流出、より正確には表現すれば、中心軸線２６を中心とする仮想の円又は円弧に対する接線方向の流出である。更に、ノズルからの流出（噴射若しくは送り込み）の際の流体の高い速度及び／又は複数のノズル１３の配置も有利（利点）である。ノズルは、対流スリーブ２７の内側に配置され、及び／又は対流スリーブ２７の外側に配置され、及び／又は絶縁体８の外側に配置されてよいものである。図４の実施形態によれば、流体は、装填室下端部の下側の容器底部室２２から異なる温度若しくは同じ温度で循環装置５により取り出され、かつ直接に、上昇する管路１２内へ供給されるようになっており、或いは、図１に示してあるように、流体は、流出部２４を介して圧力容器１の外側で流体冷却器１０に送られ、次いで例えばコンプレッサー１１により流入部２５を介して管路１２内へ供給されるようになっている。特に有利な実施形態によれば、冷却されて流入部２５を介して圧力容器１内に戻された流体は、吹込み管又は噴射管１５及びディフューザー１６から成るエジェクターポンプを介して、容器底部室２２内の流体と混合した状態で管路１２内へ供給（吐出）されるようになっている（図１）。回転流２３のための全ての推進手段において、流体は、貫通部７を介して、直接に装填室１９から且つ／又は第２の環状間隙１７から容器底部室２２内へ流れ込むようになっていてよい。このことは、構造的に可能な構成であり、装填室１９からの流体が第２の環状間隙１７からの流体よりも明らかに高い温度を有しているので、必要な冷却速度に依存して決められるものである。

圧力容器１全体の急冷の更なる最適化のために、互いに平行に配置された２つの環状間隙９，１７内における自然の対流により外側の循環回路２０を構成してあり、この場合に、循環回路２０は、完全に絶縁体８の外側に配置されている。外側の循環回路２０の流体と装填室１９内を回転する流体とは、装填室１９の下側で絶縁体８の貫通部１４を介して互いに交換と混合が行われるようになっている。この場合に、回転流２３の高温のガスが、貫通部１４を経て外側の循環回路２０に達し、そこでまず、外側の循環流と混合され、続く圧力容器１に沿った循環に基づき引き続き冷却され、従って、冷却されたガスとして、貫通部１４を経て装填室１９の下側へ流れ戻ることになる。外部で冷却されて流入部２５を介して供給される流体、及び／又は外側の環状間隙１７内で圧力容器１の壁を介して冷却される流体の混合により、流体の強烈かつ急速な冷却が達成され、ひいては図１若しくは図４の急冷形態における装填室１９の強烈かつ急速な冷却が達成される。もちろん、このような急冷形態に関する種々の変化例が当業者には考えられるものである。

図４に示してある有利な別の実施形態によれば、装填室１９の上側に案内装置３０を配置してある。類似の案内装置３０が、装填室１９の下側にも配置されてよい。ノズル１３は、ここでは対流スリーブ２７の内側に配置されている。案内装置３０は、加熱中若しくは冷却中に、装填室１９と対流間隙２８との間を移動する流体流を、装填室１９のコーナ領域から滑らかに受け取り、或いはコーナ領域へ滑らかに引き渡すようになっている。このような構成により、両方の運転形態において、次の有用な利点が得られ、つまり、例えば対流間隙２８から装填室１９内への低温の流体の移動に際して、低温の流体が、コントロールされることなく装填室１９の中央へ、つまり装填物１８上へ降下してしまうことを避けることができ、なぜならば、低温の流体は、コーナ近傍で対流スリーブ２７の内壁に沿って、対流スリーブ２７の内室に流入して、そこに発生している回転流によって連行（同伴）され、つまり引き連れられて運ばれるからであり、或いは装填室１９内において推進される回転流自体によって対流スリーブ２７の内壁に向けて押されるからである。別の逆の実施形態では、案内装置３０を流体力学に基づき適切に構成することにより、対流スリーブ２７の内側において予測不能な二次流が中央を上方へ上昇して、そこで冷却され、次いで下方へ降下するようなことを避けることができ、或いは、対流スリーブ内への移動中にコントロールされずに混合の不十分な流れが中心軸２６の近傍に発生するようなことを避けることができる。このこと（中心軸近傍における混合の不十分な流れの発生）は、図示の実施形態では、ノズル１３を対流スリーブ２７の内側に配置することにより避けられるようになっている。

本発明に係る別の有利な実施形態は次の手段を可能にするものである。つまり、ノズル１３から流出する低温の流体と絶縁体８の上方部位の近傍にある高温の流体とを直ちに混合するために、流体をノズル１３からディフューザー（図示省略）内へ噴射することも考えられる。更に別の変化例によれば、追加的な貫通部７を、外側の環状間隙１７と容器底部室２２との間に設けてあり、このような構成により、圧力容器１の壁で冷却された流体は、直接に容器底部室２２内へ戻されるようになっている（図４）。

冷却に関連して詳細に述べてある上述の装置又はシステム若しくは方法は、加熱のため、若しくは温度の維持のためにも相応に用いられるものであり、加熱は従来通りに、純然たる加熱要素若しくはヒーター及び／又は加熱された流体を用いて行われる。圧力容器の高温及び／又は低温の領域からの流体の意図的な再分配が、加熱の場合にも、ノズル１３に通じる管路１２内への吸引若しくは吐出により行われてよい。このような実施形態においては、技術的には例えば２つのセットのノズル及び管路を設けることができ、若しくは切換可能な複数の管路を設けることができ、管路は、圧力容器の低温領域若しくは高温領域、或いは温度調整された領域から流体をノズル１３へ供給するようになっている。

図５及び図６には別の実施形態の圧力容器１を概略的に示してあり、該圧力容器はそれ自体だけでも機能するものである。該圧力容器の構成、並びに該圧力容器における方法は、製造方法及び温度制御又は熱処理の均一化に対する要求の比較的に低い大量生産に用いられるものであるものの、これに本発明は限定されるものではない。図５に示す実施形態における構造の簡略化された圧力容器１には、循環装置５を装填室１９内に設けてあり、装填室は対流スリーブ２７を有している。加熱運転中に加熱要素４を作動させると、対流スリーブ２７の内側の流体は、上方へ上昇するようになる。同時に、対流間隙２８内の流体は、絶縁体８の温度の低い外壁の作用を受けて下方へ降下することになる。これにより、対流が発生し、該対流は必要に応じて循環装置により支援され、若しくは制動されるようになっている。上方へ上昇する循環流は、案内薄板３１によって偏向作用を受けるようになっており、該偏向作用は、圧力容器の内側における回転流を発生させることになる。装填室１９の上方の端部に選択的構成として設けられている案内装置３０は、対流の案内若しくはスタートを改善するものである。有利には、装填物１８に沿って流れて冷却された流体、つまり装填物に放熱した流体は、対流スリーブ２７内において外側へ加熱要素４に向けて移送され、これにより、加熱要素４から温度の低くなった流体への熱伝達が促進されて、逆流の発生が避けられるようになっており、なぜならば、流体の加熱により上方への運動ベクトルが維持されるからである。更に、装填物１８の近傍の温度の高い流体は、集合して、回転流２３によって混合されて、混合温度を有するようになる。支持フレーム（図示省略）を使用している場合には、装填物１８の下方の部分にエネルギーを既に放出して下方から上方へ導かれる流体は、外側へ案内されて、次いで流体は十分なエネルギーを伴って引き続き上方へ上昇して、装填物１８の上方の部分を熱するようになる。有利には、支持フレームは、装填物１８の全ての部分を対流と回転流との混合物により最適に熱処理するために、装填物１８に対する適切な案内薄板を有しており、或いは流体流れに適合された手段若しくは配置形式で装填されるようになっている。更に、種々の使用例のために、回転流の動的及び／又は静的な促進若しくは発生のための種々の手段を構成することができ、これによって、圧力容器１を種々の各技術分野の使用例に最適に適合させることができる。

対流スリーブ２７を組み込むことなしにも、回転流２３を用いることにより、装填室１９内の効果的な対流を形成することができる。例えば、作動された加熱要素４を用いて下方から温度の高い、つまり高温のガスを装填室１９内へ流入させることにより、該ガスは、浮力に基づき、また適切に形成された案内薄板３１によって転向成分若しくは偏向成分を受けて、回転しながら上昇して、熱を装填物１８へ放出することになる。該放熱に伴って温度の低くなる流体部分は、その密度の高いことに基づき、回転運動及び、温度の高い流体部分に比べて高い遠心力により外側へ流され、これによって装填室１９の外側若しくは外周部で絶縁体８の内壁に達することになる。絶縁体８の内壁に集まる温度の低い流体部分は、その高い密度に基づき、上方へ向けられていた流れを、下方へ向けられる流れに転向し、下方へ向けられた流れは、下方に向かって装填室１９の下方の容器底部室２２内に戻り達して、そこで再び熱せられて、絶縁体８の内壁に沿って流下する後続の温度のまだ低い方の流体によって上方へ加熱要素４に向けて押し退けられることになる。もちろん、循環装置を設けることも考えられる。

圧力容器１内における回転流の形成のための動的若しくは静的な手段は、使用例に対応して構成されるものである。有利な実施形態によれば、回転流２３は、圧力容器１の装填室１９内で最大の速度を有している。

１ 圧力容器、 ２，３ 閉鎖カバー、 ４ 加熱要素、 ５ 循環装置、 ７ 貫通部、 ８ 絶縁体、 ９ 環状間隙、 １０ 流体冷却器、 １１ コンプレッサー、 １２ 管路、 １３ ノズル、 １４ 貫通部、 １５ 噴射管、 １６ ディフューザー、 １７ 環状間隙、 １８ 装填物、 １９ 装填室、 ２０ 外側の循環流の循環回路、 ２１ 循環回路のための案内薄板、 ２２ 容器底部室、 ２３ 回転流、 ２４ 流出部、 ２５ 流入部、 ２６ 中心軸、 ２７ 対流スリーブ、 ２８ 対流間隙、 ２９ 内側の循環流、 ３０ 案内装置、 ３１ 案内薄板

Claims (13)

1. 熱間等方圧プレスにおける温度制御のための方法であって、前記熱間等方圧プレスは圧力容器（１）から成っており、該圧力容器は、内部に位置する装填室（１９）を有し、かつ該装填室との間に配置された絶縁体（８）を備えており、該絶縁体（８）の内側に加熱要素（４）と、装填物（１８）の装填される１つの装填室（１９）とが配置されている形式のものにおいて、加熱若しくは冷却のため、或いは温度レベルの維持のための自然の少なくとも１つの対流若しくは強制される少なくとも１つの対流に加えて、少なくとも１つの回転流（２３）を動的若しくは静的に前記圧力容器（１）の内側に発生させることを特徴とする、熱間等方圧プレスにおける温度制御のための方法。
2. 前記回転流（２３）は、流体の混合を強めるために用いられる請求項１に記載の方法。
3. 前記回転流（２３）は、前記絶縁体（８）の周壁面、少なくとも１つの対流スリーブ（２７）の周壁面、及び／又は前記圧力容器（１）の周壁面から流体への熱伝達を強めるために用いられる請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記回転流（２３）は、前記形成されている対流に対してほぼ所定の角度に向けられる請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記回転流（２３）は、循環装置（５）若しくはノズル（１３）のような動的な手段によりスタートされ且つ／又は推進される請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記回転流（２３）は、流体の流れの案内のための案内薄板（３１）及び類似のもののような静的な手段により推進され且つ／又は強められる請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記自然の対流に対して実質的に垂直な前記回転流（２３）は、加熱若しくは冷却の場合に、若しくは前記圧力容器（１）内における温度レベルの維持の場合に、前記垂直と異なる方向の成分により前記対流の方向に推進される請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記回転流（２３）は、有利には前記圧力容器（１）の前記装填室（１９）内で最大の速度を有している請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記装填物（１８）のための支持フレームが、流体の流れの案内のための案内薄板（３１）を有しており、若しくは、前記装填物（１８）が、前記支持フレームに、該装填物を前記対流と前記回転流との混合物により最適に熱処理できるような配置形式で装填される請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 熱間等方圧プレスであって、該熱間等方圧プレスは圧力容器（１）から成っており、該圧力容器は、内部に位置する装填室（１９）を有し、かつ該装填室との間に配置された絶縁体（８）を備えており、該絶縁体（８）の内側に加熱要素（４）と、装填物（１８）の装填される１つの装填室（１９）とが配置されている形式のものにおいて、対流に対して所定の角度を成して流れる回転流を形成するための動的及び／又は静的な手段が、前記圧力容器（１）内に配置されていることを特徴とする、熱間等方圧プレス。
11. 動的な手段として、循環装置（５）若しくはノズル（１３）が配置されている請求項１０に記載の熱間等方圧プレス。
12. 静的な手段として案内薄板（３１）若しくは類似のものが配置されている請求項１０又は１１に記載の熱間等方圧プレス。
13. 前記装填物（１８）のための前記装填室（１９）内に、前記装填物（１８）の支持のための支持フレームを配置してあり、該支持フレームは、回転流の形成のための動的及び／又は静的な手段を有している請求項１０から１２のいずれか１項に記載の熱間等方圧プレス。

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