JP6239384B2 - 圧力容器と圧力容器を冷却するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、ホットプレス成形による、好ましくは熱間アイソスタティック圧縮成形による物体の処理のための装置に関わる。特に、本発明は、冷却のためのいかなる専用バルブも必要としないで、制御され且つ迅速な冷却速度を与えることができる、ホットプレス成形による、好ましくは熱間アイソスタティック圧縮成形による物体の処理のためのプレス装置に関わる。

熱間アイソスタティック圧縮成形（ＨＩＰ）は、ますます広く使用されている技術である。熱間アイソスタティック圧縮成形は、例えば、例えば、タービンブレードのキャスティングの穴の除去を行う時に使用され、耐用年数と、強度、特に疲労強度とを改良するために、一般に使用される。他の分野の適用は、密で穴のない表面を有する必要のある製品の、粉末の圧縮による製造である。

熱間アイソスタティック圧縮成形では、プレスによって処理を受ける物体が、断熱された圧力容器のロードコンパートメント中に配置される。１サイクル、即ち処理サイクルは、物体のローディング工程と、処理工程と、アンローディング工程とを有しており、このサイクルの全体の所要時間が、ここではサイクル時間と称される。また上記の処理は、いくつかの部分、即ち、状態、例えばプレス状態、加熱状態、冷却状態に、分けられ得る。

ローディングの後、前記容器は、密封され、プレス媒体が、前記圧力容器に、かくしてこの圧力容器のロードコンパートメント中に導入される。そして、前記プレス媒体の圧力と温度とが高くされ、この結果、前記物体は、選択された時間の間、高くされた圧力と温度とに晒される。プレス媒体、かくして物体の温度の上昇が、前記圧力容器のチャンバ内に配設されている加熱部材即ち加熱炉によって、生じられる。圧力と、温度と、処理時間とは、当然種々の要因に依存しており、例えば、処理される物体の材料特性と、適用の分野と、処理される物体の必要な質とに、依存している。熱間アイソスタティック圧縮成形での圧力と温度とは、代表的に、それぞれ２００乃至５０００バール、好ましくは８００乃至２０００バールと、３００℃乃至３０００℃、好ましくは８００℃乃至２０００℃の範囲とである。

物体のプレスが終了すると、この物体は、多くの場合、前記圧力容器から取り出される、即ちアンロードされる前に、冷却される必要がある。種々の冶金の処理では、冷却速度が、冶金の特性に影響する。例えば、熱応力（thermal stressもしくはtemperature stress）と粒成長とが、高品質の材料を得るために、最小限に抑えられる。かくして、材料を均一に冷却することと、可能であれば、冷却速度を制御することとが望ましい。本分野で知られている多くのプレス成形は、前記物体の遅い冷却によって損害を受けるため、物体の冷却時間を短縮するための努力がなされてきた。それにも関わらず、短縮された冷却時間が、例えば定常状態及びプレス状態の間の高い温度の均一性に配慮するために重要な要素である、という事実もまた、非常に重要である。かくして、迅速な冷却の可能性に加えて、例えば定常状態の間の高い温度の均一性を達成することができることが、求められる。

対流の循環を生じさせるための機械的手段が、冷却速度を向上させるために、適用され得る。これは、処理される物体を、これら物体が良好に断熱された加熱チャンバ中に収容されているにもかかわらず、迅速に冷却するための方法である。先願の特許文献１は、このような特徴を有する熱間アイソスタティック圧縮成形の装置を開示している。しかしながら、高圧及び／もしくは高温システム中での対流を生じさせるための装置では、しばしば早期の摩耗や、頻繁な機械的故障が生じる。これは、特に、可動部を有する機械的なファン即ち換気装置に、特にあてはまる。従って、このようなプレス装置は、相対的に頻繁なメンテナンスを必要とし得、このことは、望ましくない生産の中断と停止との原因となる。

更に、プレス装置中の物体のローディングのために利用可能な空間が、しばしば制限されており、ファン即ち換気装置のような機械的手段が、このような利用可能な空間を減じる。このことは、比較的小さいプレス装置においては、重要な問題である。

機械的手段の使用もまた、プレス装置の比較的複雑で高価な構造を伴う。

従って、冷却状態の間に制御された迅速な冷却を可能とし、且つ、例えば定常状態とプレス状態との間に高温の均一性を可能とする改良されたプレス装置が、技術上、依然として必要とされている。

ＰＣＴ／ＥＰ２００７／１０９９７

本発明の全体的な目的は、プレス媒体とプレス装置内で処理される物体との温度と温度変化の速度との正確な制御が可能なホットプレス成形、好ましくは熱間アイソスタティック圧縮成形のための改良されたプレス装置を提供することである。

本発明のより具体的な目的は、冷却状態の間の制御された迅速な冷却速度と、例えば定常状態とプレス状態との間に高温の均一性とが可能であるホットプレス成形、好ましくは熱間アイソスタティック圧縮成形のための改良されたプレス装置を提供することである。

本発明の他の目的は、構造上の複雑さが減じられ、且つメンテナンスの必要性が減じられた構造を有するホットプレス成形、好ましくは熱間アイソスタティック圧縮成形のための改良されたプレス装置を提供することである。

例えば定常状態とプレス状態との間に高温の均一性を生じさせるために、冷却なしで加熱チャンバ中のプレス媒体の循環を果たすことが可能であるホットプレス成形、好ましくは熱間アイソスタティック圧縮成形のための改良されたプレス装置を提供することである。

本発明の更なる他の目的は、冷却装置のためのいかなる専用バルブを必要としないで、物体及び／もしくはプレス媒体の制御された迅速な冷却速度を得ることが可能であるホットプレス成形、好ましくは熱間アイソスタティック圧縮成形のための改良されたプレス装置を提供することである。

本発明のこのような目的、及び他の目的は、独立請求項に規定されている特徴を有する圧力容器の手段と、このような容器のための方法とによって、達成される。本発明の種々の実施形態は、従属請求項に特徴づけられている。

本発明の文脈では、「冷たい」及び「熱い」もしくは「温かい」という用語（例えば、冷たい及び温かいもしくは熱いプレス媒体、もしくは冷たい及び温かいもしくは熱い温度）が、圧力容器中の平均温度に対して、解釈されるべきである。同様に、「低い」及び「高い」温度という用語も、圧力容器内の平均温度に対して、解釈されるべきである。

本発明の第１の態様に従えば、物体を保持するように適用されている加熱チャンバを有する圧力容器を具備するホットプレス成形のためのプレス装置が、設けられている。断熱ケーシングが、前記加熱チャンバを覆うように配設されている。更に、底断熱部分が、前記加熱チャンバの下に配設されている。調整可能な旋回数（ｒｐｍ）を有するファンが、動作中に、前記加熱チャンバへのプレス媒体の流れと、前記加熱チャンバ中でのプレス媒体の循環とを与えるように配設されている。少なくとも１つの供給路が、前記加熱チャンバ内の領域より冷たい領域と前記ファンの入口との間に接続部を設けるように配設されており、この結果、前記加熱チャンバへの温かいプレス媒体の流れと冷たい流れとを混合するための、前記冷たい領域から前記入口へのプレス媒体の流れが可能となる。この時、前記ファンの前記入口に供給される冷たいプレス媒体の流れの量が、前記ファンの旋回数を調整することによって、制御され得る。

本発明の第２の態様に従えば、ホットプレス成形のためのプレス装置のための方法が、設けられている。プレス装置は、物体を保持するために適合されており圧力容器中に設けられている加熱チャンバと、前記加熱チャンバを覆うように配設されている断熱ケーシングと、前記加熱チャンバの下に配設されている底断熱部分と、調整可能な旋回数を有するファンとを収容している圧力容器を有している。このファンは、動作中に、前記加熱チャンバ中にプレス媒体の流れを与え、前記加熱チャンバ中でのプレス媒体の循環を与えるように、配設されている。少なくとも１つの供給路が、前記加熱チャンバ中の領域より冷たい領域と前記ファンの入口との間に接続部を設けるように配設されている。この方法は、前記冷たい領域から前記ファンの入口へのプレス媒体の流れを制御するために、前記ファンの旋回数を調整することを含んでいる。このファンの入口で、この冷たい流れは、温かい媒体の流れと混合され、そして混合された流れは、前記加熱チャンバ中に供給される。

かくして、前記ファンの、温かいプレス媒体によって循環効果を与える能力、もしくは、前記加熱チャンバ中の冷却効果を与える能力が、調整され得る。前記ファンを調節即ち制御することによって、前記供給路を通って前記底断熱部分から前記ファンの入口に流れる冷たいプレス媒体の流れが、制御され得る、即ち、前記ファンの入口での吸引効果と、前記加熱チャンバへのプレス媒体の流れとが、制御され得る。この結果、冷却状態が、制御され得、必要であれば、プレス媒体の流れが、定常状態を得るように、阻止される。この時プレス媒体の循環は、加熱領域での均一な温度を得るために、前記加熱チャンバ中で維持される。

かくして、本発明は、ホットプレス成形のための、特に熱間アイソスタティック圧縮成形のための圧力容器中で生じるプレス媒体の大きな密度差が、プレスされる物体の冷却速度の正確な制御を果たすために使用され得る、という見解を基盤としている。このような大きな密度差は、このような構成で、前記圧力容器の高圧差及び温度差によって、生じられる。多くの場合、このようなプレス装置は、２００乃至５０００バール、好ましくは８００乃至２０００バールの範囲の圧力と、３００℃乃至３０００℃、好ましくは８００℃乃至２０００℃の範囲の温度とで、動作する。

更に、本発明は、例えば大きな密度差を利用することによって所望の冷却速度を得るように、冷却速度を正確に制御するために、前記ファンが使用され得る、という見解を基盤としている。本発明はまた、前記ファンを動作させている間の密度差を利用することによる状態（即ち定常状態か冷却かが当てはまる）の制御のために、使用され得る。このことは、冷却のための専用バルブを使用しないで、果たされ得る。より具体的には、少なくとも１つの供給路が、プレス媒体の供給を、前記底断熱部分の下にある冷たい領域から前記ファンの入口まで可能とするように配設されている。このファンは、好ましくは、プレス媒体が前記冷たい領域よりずっと温かい前記加熱チャンバの下の端部に、配設されている。多くの場合、前記底断熱部分の下の前記冷たい領域と前記加熱チャンバとの間の温度差は、１０００℃もしくはこれより大きい差であり得る。かくして、これら２つの領域間には大きな密度差が存在し、この温度差は、本発明に従えば、正確に規定もしくは制御された冷却状態を可能とするプレス装置を得るために、使用される。これによって、所望の冷却速度、もしくは、定常状態の維持が、前記ファンの旋回数を制御することによって、得られ得る。定常状態では、前記ファンは、前記底断熱部分の下にある冷たい領域から前記供給路を通る冷たいプレス媒体の流れを追加することなく、前記加熱チャンバ中で温かいプレス媒体の流れが循環されるように設定された旋回数で、動作される。前記ファンの所定の旋回数では、前記加熱チャンバ内での所定の温度と圧力状態のもとで、例えば、加熱チャンバ中の温かい領域と前記底断熱部分の下にある冷たい領域との間の所定の温度差と、前記圧力容器内の所定の圧力とで、冷たいプレス媒体が、前記供給路から流出する。このような冷たいプレス媒体は、温かいプレス媒体の流れと混合され、前記ファンによって前記加熱チャンバ中に供給される。このことによって、制御された変動可能な冷却が、果たされ得る。

前記ファンがこの所定の制限された旋回数より少ない旋回数で動作される場合、前記供給路は、供給のためにほぼ閉じられ、この結果、前記底断熱部分の下にある前記冷たい領域からの冷たいプレス媒体の流れが、遮断される。即ち、前記底断熱部分の下にある前記領域と前記底断熱部分の上にある前記通路との間の圧力差が、非常に小さいため、前記供給路からプレス媒体を引っ張るために十分な吸引効果が生じない。このような状況では、定常状態が維持され、温かいプレス媒体の流れが、冷たいプレス媒体の流れを追加することなく前記加熱チャンバを通って循環される。

他方では、前記ファンがこの所定の制限された旋回数を超えて動作される場合、前記供給路を通るようにプレス媒体を流す大きな圧力差が、生じる。これによって、温かいプレス媒体の流れに加えて、冷たいプレス媒体の流れが、生じられる。この結果、前記ファンを前記所定の制限された旋回数を超える異なる旋回数で動作することによって、冷却状態の間に前記ファンの入口に供給される冷たいプレス媒体の量を制御し、かくして冷却速度を制御することが可能である。更に、定常状態が求められる場合は、プレス媒体の供給を遮断即ち閉鎖することが可能であり、このことは、前記所定の制限された旋回数より少ない旋回数で前記ファンを動作させることによって、果たされる。

定常状態が冷却状態に変わるための前記所定の制限された旋回数は、複数のパラメータによって決定される。全部ではないリストでは、以下のことを含む。前記底断熱部分の上にあるプレス媒体と前記底断熱部分の下の領域にあるプレス媒体との間の密度差。前記供給路の構成と、前記ファン、前記底断熱部分と加熱チャンバとの間の通路、断熱部分と前記断熱ケーシングのハウジングとの間の案内通路の入口、及び／もしくは、前記底断熱部分の上側の表面に対する前記供給路の径方向及び縦方向の出口の構成。前記供給路のディメンション、特に、前記供給路の直径。供給路の数。

ここで説明される１つ以上の他の実施形態と組み合わせられ得る本発明の種々の実施形態に従えば、前記ファンは、かくして、前記所定の制限された旋回数未満の旋回数での動作によって、冷たいプレス媒体の流れが遮断されるように、構成されている。

ここで説明される１つ以上の他の実施形態と組み合わせられ得る本発明の種々の実施形態に従えば、前記ファンは、かくして、前記所定の制限された旋回数を超えた変更可能な旋回数での動作によって、前記ファンの入口への冷たいプレス媒体の変動可能な流れが生じるように、構成されている。

ここで説明される１つ以上の他の実施形態と組み合わせられ得る本発明の種々の実施形態では、少なくとも１つの供給路が、かくして、前記ファンと前記少なくとも１つの供給路とが協動してプレス媒体の流れの実質的な遮断と冷たいプレス媒体の変動可能な流れとを得るように設定されたディメンションを有するように、構成されている。

ここで説明される１つ以上の他の実施形態と組み合わせられ得る本発明の種々の実施形態に従えば、前記ファンと前記少なくとも１つの供給路とが協動して冷たいプレス媒体の流れの実質的な遮断と冷たいプレス媒体の変動可能な流れとを得るように、かくして前記少なくとも１つの供給路は、前記ファンに対して径方向及び縦方向に所定の距離を空けて配置されている出口を有するように、構成されている。

ここで説明される１つ以上の他の実施形態と組み合わせられ得る本発明の種々の実施形態では、前記少なくとも１つの供給路と前記案内通路の入口とが協動して冷たいプレス媒体の流れの実質的な遮断と冷たいプレス媒体の変動可能な流れとを得るように、前記少なくとも１つの供給路の出口は、前記断熱ケーシング中の案内通路の入口から径方向及び縦方向に所定の距離を空けて配置されている。

ここで説明される１つ以上の他の実施形態と組み合わせられ得る本発明の種々の実施形態に従えば、前記少なくとも１つの供給路は、前記ファンから径方向に所定の距離を空けて前記底断熱部分に配置されている少なくとも１つの通路であり、前記通路の出口は、前記底断熱部分の上にある通路に接続して、配置されている。

ここで説明される１つ以上の他の実施形態と組み合わせられ得る本発明の種々の実施形態では、前記出口が前記底断熱部分から所定の距離を空けて配置されるように、前記少なくとも１つの通路が前記通路中に延びるように、構成されている。

ここで説明される１つ以上の他の実施形態と組み合わせられ得る本発明の種々の実施形態に従えば、前記少なくとも１つの供給路は、出口が前記ファンにプレス媒体を供給するために中央の通路に接続して配置されるように、構成されている。

ここで説明される１つ以上の他の実施形態と組み合わせられ得る本発明の種々の実施形態では、前記加熱チャンバ内にロードコンパートメントを支持するための支持手段が、プレス媒体が前記底断熱部分の上にある前記通路中を流れることを可能にするように、配設されている。

ここで説明される１つ以上の他の実施形態と組み合わせられ得る本発明の種々の実施形態に従えば、前記支持手段には、プレス媒体を前記底断熱部分の上にある前記通路中に流れることを可能にするように配設されている貫通孔が、設けられている。

ここで説明される１つ以上の他の実施形態と組み合わせられ得る本発明の種々の実施形態では、前記供給路に、バルブが設けられている。

本発明の他の目的、特徴、効果は、以下の詳細な説明と、添付の従属請求項と、添付の図面とから明らかである。

特定の特徴と効果とを含む本発明の種々の態様は、以下の詳細な説明と添付の図面とから容易に理解される。以下の図では、同じ参照符号が本発明の実施形態の全体にわたって同じ部材即ち特徴を示している。更に、対照的に配置されている部品、部材、即ち特徴を示すものは、これらの図の中で一度のみ表示されている。

図１は、本発明の一実施形態に係るプレス装置の概略的な側面図である。 図２は、定常状態の間の、図１のプレス装置の概略的な側面図である。 図３は、冷却状態の間の、図１のプレス装置の概略的な側面図である。 図４は、本発明に係るプレス装置の詳細を概略的に示している図である。 図５は、本発明の他の実施形態に係るプレス装置の概略的な側面図である。 図６は、本発明の更なる他の実施形態に係るプレス装置の概略的な側面図である。 図７は、本発明の更なる他の実施形態に係るプレス装置の概略的な側面図である。 図８は、本発明の更なる実施形態に係るプレス装置の概略的な側面図である。

下記は、本発明の例となる実施形態の説明である。この説明は、説明の目的のみを意図するものであり、制限的な意味で解釈されるべきではない。図が概略的であることと、説明される実施形態のプレス装置が単純化のために図中に示されていない特徴及び部材を有し得ることとが、留意されるべきである。

本発明に係るプレス装置の実施形態は、プレス成形によって、特に熱間アイソスタティック圧縮成形によって、複数の異なる可能な材料から形成された物体を処理するために、使用され得る。

図１は、本発明の一実施形態に係るプレス装置１００を示している。物体のプレスのために使用されることを目的とするプレス装置１００は、（図示されていない）手段、例えば、１つ以上のポートと、プレス媒体を供給及び排出するための入口及び出口とを有する圧力容器１を有している。プレス媒体は、処理される物体に対して化学的影響の少ない（with low chemical affinity）液体のもしくは気体の媒体であり得る。圧力容器１は、処理サイクルのプレス状態の間に、プレス媒体を加熱するための、加熱炉（もしくはヒーター）３６、即ち加熱部材を有する加熱チャンバ１８を有している。前記加熱炉３６は、例えば図１に示されているように、前記加熱チャンバ１８の下側の部分に配置され得るか、もしくは前記加熱チャンバ１８の側方に配置され得る。本分野の当業者は、前記加熱チャンバの側部と底部とに配置されている加熱炉を得るために、側面に配置されている加熱部材と、底部に位置されている加熱部材とを組み合わせることが可能であることを、理解している。明らかに、本分野で知られている加熱部材の配置に関する加熱炉のいかなる実施も、ここに示されている実施形態に当てはまり得る。「加熱炉」という用語は、加熱のための手段を示し、一方で、「加熱チャンバ」という用語は、装填物と加熱炉とが中に配置されている容器を示すことが、留意されなければならない。前記加熱チャンバ１８は、圧力容器１の全体を占めるのではなく、この加熱チャンバ１８の周りに案内通路１０を残している。プレス装置１００の通常動作の間、前記案内通路１０は、代表的には前記加熱チャンバ１８より冷たいが、同じ圧力下にある。

前記加熱チャンバ１８は、処理される物体５を受けて保持するためのロードコンパートメント１９を更に有している。前記ロードコンパートメント１９は、支持手段４４の上に配置されており、このような支持手段４４は、前記加熱チャンバ１８への循環のための、温かいプレス媒体の通路を形成する貫通孔４５が設けられている複数の柱状の部材、もしくは１つのリング形状の部材であり得る。

前記加熱チャンバ１８は、断熱ケーシング３によって囲まれている。この断熱ケーシング３は、断熱部分７と、この断熱部分７を囲むように配設されているハウジング２とを有しており、熱のロスを減じるために圧力容器１の内側を熱的に密封している。第１の案内通路１０は、圧力容器１の外側の壁の内側と、前記ハウジング２との間に、形成されている。前記第１の案内通路１０は、圧力容器１の上からこれの底部へとプレス媒体を案内するように使用される。

更に、第２の案内通路１１が、前記加熱チャンバ１８の前記ハウジング２とこの加熱チャンバ１８の前記断熱部分７との間に、形成されている。前記第２の案内通路１１は、プレス媒体を圧力容器の上へと案内するように使用される。前記第２の案内通路１１には、プレス媒体を供給するための１つ以上の入口１４が設けられており、同様に、プレス媒体の流れを前記第１の案内通路１０中に流すための開口部１３が、圧力容器の上部に、設けられている。

前記入口１４は、底断熱部分６の上端部の下に好ましくは配置されている。従って、外側の対流ループが、圧力容器１の前記第１及び第２の案内通路１０、１１と、前記底断熱部分６の下の部分とによって、形成されている。

制御可能な旋回数を有するファン３０が、前記加熱チャンバ１８中でのプレス媒体の循環を与えるために、前記加熱チャンバ１８の下端部に設けられている。このファン３０を動作させることによって、内側の対流ループが強められ得、内側の対流ループのプレス媒体の流れは、通路１６を通る流れと、前記ロードコンパートメント１９を通る上向の流れと、前記加熱チャンバ１８の外周部１２に沿った下向の流れとを有する。下記に詳しく説明されるように、前記ケーシング３の底部領域から前記加熱チャンバ１８への冷たいプレス媒体の更なる流れが、制限された旋回数を超えて前記ファン３０を動作させることによって、得られ得る。

前記ケーシング３の底部は、底断熱部分６を有している。この底断熱部分６には、ファン３０に、更に前記加熱チャンバ１８中にプレス媒体を供給するための中央の通路３７が、設けられ得る。

更に、前記圧力容器１の外側の壁には、チャンネルもしくはチューブ（図示されていない）が配置され得、これらの中に、冷却のための冷媒が、与えられ得る。このようにして、前記容器の壁が、好ましくない熱から容器を保護するために、冷却され得る。この冷媒は、好ましくは水であるが、他の冷媒も、検討されている。冷媒の流れは、図１に、矢印によって、前記圧力容器の外側に示されている。

図には示されていないが、圧力容器１は、この圧力容器の中の物体が取り出され得るように、開放され得る。このことは、種々の異なる方法で実施され得、これら方法のすべてが、本分野の当業者には明らかである。

更に、少なくとも１つの供給ダクト即ち供給路４０が、冷たい領域４２にあるプレス媒体と前記通路１６のプレス媒体との間の密度差を利用して、底断熱部分６の下の冷たい領域４２から前記ファン３０の入口即ち取入れ口３９へと冷たいプレス媒体を流すように、配設されている。前記冷たい領域４２から前記ファン３０に供給される冷たいプレス媒体の量が、前記ファン３０の旋回数を調節することによって、制御され得る。所定の制限された旋回数より少ない旋回数では、前記供給路４０を通る冷たいプレス媒体の流れが、遮断され、かくして、冷たいプレス媒体は、前記冷たい領域４２から前記供給路４０を通って前記ファン３０へと供給されない。これは、前記供給路４０の出口４１の所が比較的弱い圧力となっているからである。即ち、圧力が非常に弱いと、プレス媒体を冷たい領域４２から前記供給路４０を通って上に、更には前記ファン３０まで流し得る、即ち引っ張り得る十分な吸引効果を生じさせることができない。前記ファン３０の所定の旋回数で、冷たい領域４２のプレス媒体は、前記供給路から出て前記ファン３０の入口３９へと流れ始める。この所定の旋回数は、前記通路１６中を流れるプレス媒体と前記領域４２中のプレス媒体との間の密度差と、前記供給路４０が前記底断熱部分６に配設されている場合に前記ファン３０（このファン３０は、好ましくは圧力容器１の中央軸ＣＡに配置されている）に対する前記供給路４０の特別な径方向の位置と、前記底断熱部分６及び前記出口１４に対する前記供給路４０の出口４１の配置及び前記供給路４０の直径を含む前記供給路４０のデザインとに特に、依存している。この所定の旋回数は、前記ファン３０の制限された旋回数と定義される。その結果、前記ファン３０が所定の制限された旋回数で、もしくはこれを超えて動作されると、冷却が、冷たいプレス媒体の更なる流れによって果たされ得る。この更なる流れは、前記冷たい領域４２から前記供給路４０を通って前記ファン３０へと供給され、即ち引っ張られ、そして、冷たいプレス媒体と温かいプレス媒体との混合を果たす。混合された流れは、前記加熱チャンバ１８中に供給され（このことは図３を参照して下に説明される）、冷却効果を与える。

図１に示されている実施形態では、前記供給路４０が、冷たいプレス媒体を前記冷たい領域４２から前記入口即ち取入れ口のファン３０へと、供給即ち案内するように、前記底断熱部分６に配設されている。この冷たい領域では、前記プレス媒体が、約６０乃至１８０℃であり得、前記入口即ち取入れ口のファン３０は、前記加熱チャンバ１８中に配設されており、ここでは前記プレス媒体は、約１２００℃であり得る。図５乃至８では、前記供給路の異なる位置づけ及び構成を有する本発明の更なる実施形態が示されており、これらの図を参照して、実施形態が以下に述べられる。

本発明に係る例としてのプレス装置の動作が、概して図２及び図３を参照して説明される。

以下に述べられるように、処理サイクルは、いくつかの状態、例えばローディング状態、プレス及び／もしくは加熱状態、冷却状態、アンローディング状態を有し得る。この冷却状態では、本発明に従えば、冷却速度が、前記加熱チャンバ１８への冷たいプレス媒体の流れを変えるように前記ファン３０の旋回数を調整することによって、制御され得る。

第１に、圧力容器１は、前記加熱チャンバ１８とこれの前記ロードコンパートメント１９とが利用されるように、開かれる。このことは、本分野で知られている種々の異なる方法で果たされ、このような方法の更なる説明は、本発明の原理を理解するためには必要ではない。

そして、プレスされる物体が、前記ロードコンパートメント１９中に配置され、圧力容器１が閉じられる。

このような物体が圧力容器１のロードコンパートメント１９中に配置されると、プレス媒体が、例えばコンプレッサ、加圧貯蔵タンク（圧力供給）、低温ポンプなどによって、圧力容器１中に供給される。プレス媒体の圧力容器１中への供給は、所望の圧力がこの圧力容器１中で得られるまで、続けられる。

プレス媒体を圧力容器１中に供給している間、もしくはこの後に、前記加熱チャンバ１８の前記加熱炉（加熱部材）３６が駆動され、前記ロードコンパートメント１９内の温度が、高まる。必要であれば、所望の温度より低い温度で、プレスプロセスのための所望の圧力より低い圧力レベルが得られるまで、プレス媒体の供給が続けられて、圧力が高められる。そして、圧力は、所望の圧力レベルに達するように前記加熱チャンバ１８中の温度を上げることによって、最終的な値へと高められる。代わって、所望の温度と圧力レベルとは、同時に達成されるか、所望の圧力が、所望の温度が達成された後に達成される。本分野の当業者は、所望のプレス圧力及び温度に達するために、本分野で知られているいかなる適切な方法も利用され得ることを、理解している。例えば、圧力容器中の圧力と高い圧力供給とを等しくすることと、コンプレッサによって圧力容器を更に加圧することと、同時にプレス媒体を更に加熱することとが、可能である。内側の対流ループが、均一な温度分布を果たすために、前記加熱チャンバ１８中に含まれているファン３０によって活性化され得る。

ここに述べられている実施形態に従えば、所望の圧力が、約２００バールより高く、所望の温度は、約４００℃より高く、例えば約１２００℃である。

下に述べられるように、温度と圧力とが維持される選択された時間の後、即ち実際のプレス状態の後で、プレス媒体の温度が下がる、即ち、冷却が開始される。

プレス状態の間に使用されるプレス媒体は、温度が冷却状態で十分に下がると、圧力容器１から吐出され得る。いくつかのプレス媒体に関しては、リサイクル可能なタンクのようなものの中にプレス媒体を吐出するのが便利であり得る。

減圧の後に、プレス媒体１が、加圧された物体５が前記ロードコンパートメント１９からアンロードされ得るように、開かれる。

図２及び図３を参照して、定常状態と冷却状態とが、より詳しく説明され得る。下記の議論は図１に示されている本発明の実施形態に関連する。また、「熱い」もしくは「温かい」、及び「冷たい」という用語は、圧力容器１中のプレス媒体の平均温度に対して、解釈されなければならない。更に、矢印が、プレス媒体の流れ方向を示している。

図２を参照すると、第１に、定常状態間のプレス媒体の流れ方向が、矢印によって示されている。図に示されているように、前記加熱チャンバ１８の外周部１２を通って、そして前記通路１０を通って下に通過したプレス媒体は、底断熱部分６の上にある通路１６中に入り、前記ファン３０によって前記加熱チャンバ１８中に更に循環されるか、前記入口１４から前記通路１１へと流れる。前記領域４２中のプレス媒体は、冷たく、約６０乃至１８０℃の温度であり得、一方で、前記通路１６中を流れるプレス媒体は、温かく、約１２００℃の温度であり得る。従って、これら２つの領域におけるプレス媒体間の密度差が大きくなる。定常状態の間、前記ファン３０は、上述の制限された旋回数より少ない旋回数で動作され得、従って、冷たいプレス媒体の更なる流れが、前記冷たい領域４２から前記供給路４０を通ってファン３０に供給されない。この結果、前記加熱チャンバ１８中で、均一な高温状態が、果たされ得る。

図３では、冷却状態が示されており、この冷却状態では、冷却を果たすために、冷たいプレス媒体が、温かいプレス媒体の流れと混合するために冷たい領域４２から供給される。前記ファン３０の旋回数、即ち所定の制限された旋回数を超えた旋回数を制御することによって、冷たいプレス媒体の供給が、正確に制御され得る。この結果、例えば物体５の所望の冷却速度を得ることが可能である。前記所定の制限された旋回数に影響を与える前述のような所定のセットのパラメータを与えられると、冷却速度は、前記ファンの旋回数を変えることによって、かくして、同時に前記加熱チャンバ１８中に供給される前記冷たいプレス媒体の量を変えることによって、正確に制御される。

図３に示されているように、前記加熱チャンバ１８の外周部１２を通って、そして前記通路１０を通って下に通過したプレス媒体は、前記底断熱部分６の上にある通路１６中に入り、前記ファン３０によって前記加熱チャンバ１８中に更に循環するか、前記入口１４から前記通路１１中に流れる。前記領域４２中のプレス媒体は、冷たく、例えば、約６０乃至１８０℃の温度であり得、一方で、前記通路１６を流れるプレス媒体は、温かく、例えば約１２００℃の温度である。前記底断熱部分６の下にある前記領域４２中のプレス媒体は、前記底断熱部分６の上にある前記通路１６中のプレス媒体よりずっと高い密度、例えば約３倍高い密度を有している。前記領域４２と前記通路１６との間の、前記出口４１での十分な圧力の差が、前記供給路４０を通って前記通路１６中に、更に前記ファン３０にプレス媒体を流すために、必要とされる。前記出口４１での必要な圧力の一例が、図４を参照して以下に議論される。図４は、図１乃至図３に示されているプレス装置１００の詳細図である。前記加熱チャンバ中の静圧が約１０００バールであり、前記通路１６のプレス媒体が約１１００℃の温度である場合、前記通路１６中を流れるプレス媒体は、約２８２ｋｇ／ｍ_３の密度を有している。更に、前記冷たい領域４２中のプレス媒体が約１５０℃の温度であると、密度は、約７４２ｋｇ／ｍ_３となる。この例としての実施形態は、前記供給路４０の前記出口４１と前記入口１４との距離ｘが、２５０ｍｍである。従って、前記供給路４０を通るプレス媒体の流れを生じさせるために必要な圧力差は、約１１ｍｂａｒもしくは１１２８Ｐａとなる。この圧力差は、前記供給路４０の前記出口４１と前記入口１６との間の距離を拡長することによって、即ち距離ｘを拡張することによって、影響され得る。即ち、前記所定の制限された旋回数が多くなり、このことによって、前記ファン３０が、前記供給路４０を流れる冷たいプレス媒体によって与えられる高められた冷却効果を起こさないで、多い旋回数で動作され得、前記通路１６中を流れる温かいプレス媒体と混合する。

図５乃至図８を参照して、本発明の更なる実施形態が、議論される。同じ参照符号が、図５乃至図８で、図１に示されている圧力容器の対応する特徴もしくは部分に対して、使用される。更に、このような特徴もしくは部分の説明は、以下では省略される。

第１に、図５を参照して、前記底断熱部分１１６の代わりに中央の通路３７’の壁に供給路５０が設けられているプレス装置１１０の実施形態が、述べられる。前記供給路５０は、前記供給路５０の出口５１が前記中央の通路３７’に位置されるように、前記底断熱部分１１６の下のセクションにある中央の通路３７’中に配設されている。従って、冷たいプレス媒体は、上述されたように、対応する方法で前記ファン３０の旋回数を調整することによって、前記通路１６から前記中央の通路３７’を通って流れるプレス媒体と混合するために、冷たい領域４２から前記ファン３０へと供給され得る。同様に、上述されたように、この特定の実施形態に関する所定の制限された旋回数より少ない旋回数で前記ファン３０を動作させることによって、所定の温度及び圧力状態で、定常状態が、維持され得る。

図６を参照して、本発明の更なる他の実施形態が、述べられる。プレス装置１２０のこの実施形態では、圧力容器１が、２つの供給路６０ａ、６０ｂが設けられている底断熱部分を有している。これら供給路６０ａ、６０ｂは、それぞれの出口６１ａ、６１ｂが通路１６中に配置されるように、前記底断熱部分１２６中に配設される。前記ファン３０の旋回数を調整することによって、前記供給路６０ａ、６０ｂを通って前記冷たい領域４２から前記通路１６に流れ、通路１６からの温かいプレス媒体の流れと混合するために前記ファン３０へと更に流れる前記冷たいプレス媒体の流れは、上述されたような対応する方法で、制御され得る。

図７を参照して、本発明の更なる実施形態が、述べられる。プレス装置１３０のこの実施形態では、圧力容器１が、１つの供給路７０が設けられている底断熱部分１３６を有している。この供給路７０は、出口７１が前記通路１６中に配置されるように、前記底断熱部分１３６に配設されている。しかしながら、この実施形態では、前記供給路７０は、前記通路１６中に延長されており、従って、前記出口７１は、前記底断熱部分１３６から所定の距離を空けて配置される。前記ファン３０の旋回数を調整することによって、通路６０ａ及び６０ｂを通って前記冷たい領域４２から前記通路１６に流れ、通路１６からの温かいプレス媒体の流れと混合するために前記ファン３０へと更に流れる前記冷たいプレス媒体の流れは、上述されたような対応する方法で、制御され得る。

図８を参照して、本発明の更なる他の実施形態が、述べられる。プレス装置１４０のこの実施形態では、圧力容器１が、１つの供給路８０が設けられている底断熱部分１４６を有しており、この供給路８０は、出口８１が前記通路１６中に配置されるように、前記底断熱部分１４６に配設されている。この供給路８０には、入口８４にバルブ８５が、設けられている。このバルブ８５が開いている時は、本発明のこの実施形態は、図１を参照して述べられている実施形態として機能する。しかしながら、前記バルブ８５は、冷たいプレス媒体が前記供給路８０を通って流れ、前記底断熱部分１４６の上にある前記通路１６を通るプレス媒体と混合するように、冷却状態の間、即ちファン３０が所定の制限された旋回数を超えた旋回数で動作されている状態の間、前記供給路８０の即時の絞りを可能にする。かくして、バルブ８５を開閉することによって、例えば冷たいプレス媒体と温かいプレス媒体との間の混合比を制御することが可能である。

この説明と図面とが、構成要素、材料、温度の範囲、圧力の範囲などの選択を含めて種々の実施形態と例とを開示しているが、本発明はこれらの特定の例に制約されない。多くの変更及び変形例が、添付の請求項によって定義されている本発明の範囲に反することなく実施され得る。

Claims (9)

1. 加熱チャンバ（１８）を含み、前記加熱チャンバ（１８）より下に冷たい領域（４２）を有する圧力容器（１）と、
   前記圧力容器（１）内部に底から離間して配置され、前記加熱チャンバ（１８）を囲むように配置された断熱ケーシング（３）と、
   前記加熱チャンバ（１８）内部にあり、下側にファン（３０）の入口（３９）を有し、加熱部材（３６）が配置され、中に物体を保持するロードコンパートメント（１９）と、
   所定の旋回数を超えて動作されたときの前記冷たい領域（４２）からの混合を伴うプレス媒体の流れと、旋回数にかかわらず前記加熱チャンバ（１８）中でのプレス媒体の循環の流れとを与えるように、前記ロードコンパートメント（１９）の前記入口（３９）に配設された、旋回数が調整可能なファン（３０）と、
   前記断熱ケーシング（３）の底断熱部分（６、１１６、１２６、１３６、１４６）より上で前記ロードコンパートメント（１９）より下にある第１通路（１６）と、
   ロードコンパートメント（１９）の外周に沿って設けられた第２通路（１２）と、
   前記断熱ケーシング（３）の底断熱部分を貫通する、少なくとも１つの供給路（４０、６０ａ、６０ｂ、７０、８０）とを具備し、
   前記少なくとも１つの供給路は、前記入口（３９）と前記冷たい領域（４２）の間を接続するように配設されて、前記第１通路（１６）を通る流れと、前記ロードコンパートメント（１９）を通る上向きの流れと、前記ロードコンパートメント（１９）の外周に沿った前記第２通路の下向きの流れからなる、前記加熱チャンバ（１８）中でのプレス媒体の前記循環の流れと、冷却状態の間、前記ファン（３０）の旋回数を増して、前記冷たい領域（４２）と、前記供給路の出口（４１、６１ａ、６１ｂ、７１、８１）の間に充分な圧力差を生じさせることにより、前記第１通路（１６）を介する前記冷たい領域（４２）から前記入口（３９）への冷たいプレス媒体の流れを可能にし、
   この冷たい領域（４２）からの前記冷たいプレス媒体の流れを、前記第１通路（１６）中の、前記加熱チャンバ（１８）を通ることにより加熱された温かいプレス媒体の前記循環の流れに混合させ、
   又、前記冷たいプレス媒体の流れの流量は、前記ファン（３０）の旋回数を調整することによって制御され得る、プレス媒体とプレス装置内で処理される物体との温度と温度変化の速度を制御するホットプレス成形のためのプレス装置（１００、１１０、１２０、１３０、１４０）。
   
2. 前記ファン（３０）は、冷却状態の間、前記所定の制限された旋回数を超えた変更可能な旋回数での動作によって、前記少なくとも１つの供給路（４０、５０、６０ａ、６０ｂ、７０、８０）を通って前記入口（３９）への前記冷たいプレス媒体の流れが変動可能で、前記加熱チャンバ（１８）中に供給される冷たいプレス媒体の量が、変更可能である、請求項１に記載のプレス装置。
   
3. 前記少なくとも１つの供給路（４０、６０ａ、６０ｂ、７０、８０）は、前記ファン（３０）の縦方向の中心軸から横方向に所定の距離を空けて前記底断熱部分（６、１２６、１３６、１４６）に形成されている少なくとも１つの供給通路（４０、６０ａ、６０ｂ、７０、８０）であり、前記供給通路（４０、６０ａ、６０ｂ、７０、８０）の前記出口（４１、６１ａ、６１ｂ、７１、８１）は、前記底断熱部分（６、１２６、１３６、１４６）より上にある前記第１通路（１６）に接続して配置されている、請求項１又は２に記載のプレス装置。
   
4. 前記少なくとも１つの供給通路（７０）の１つは、前記出口（７１）が前記底断熱部分（１３６）から縦方向で所定の距離を前記第１通路（１６）中に延長して配設されている、請求項３に記載のプレス装置。
   
5. 前記少なくとも１つの供給路（５０）は、前記供給路の出口（５１）が、前記冷たい領域（４２）から、前記底断熱部分の中央部を貫通するように延びた中央の通路（３７’）に、前記冷たい領域（４２）の所で接続して配置されるように、配設されている、請求項１乃至４のいずれか１に記載のプレス装置。
   
6. 前記断熱ケーシング（３）内に前記ロードコンパートメント（１９）を支持するための支持手段（４４）が、プレス媒体が前記第１通路（１６）中を流れることを可能にするように、配設されている、請求項１乃至５のいずれか１に記載のプレス装置。
   
7. 前記支持手段（４４）には、プレス媒体が前記第１通路（１６）中に流れることを可能にするように配設されている貫通孔が、設けられている、請求項６に記載のプレス装置。
   
8. 前記少なくとも１つの供給路（８０）には、バルブ（８５）が設けられている、請求項１乃至７のいずれか１に記載のプレス装置。
   
9. 請求項１乃至８いずれか１に記載のプレス装置（１００、１１０、１２０、１３０、１４０）の冷却方法であって、
   冷却状態の間、前記冷たい領域（４２）から前記入口（３９）への制御された流量の前記冷たいプレス媒体の流れを、前記第１通路（１６）中の温かいプレス媒体の前記循環の流れに混合させるために、前記ファン（３０）の旋回数を所定の旋回数を超えた旋回数に制御する、方法。

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