DE2716384A1

DE2716384A1 - Induktiv beheizbarer strahlungsheizkoerper

Info

Publication number: DE2716384A1
Application number: DE19772716384
Authority: DE
Inventors: Siegfried Baumann; Freimuth Karcheter
Original assignee: Alkem GmbH
Current assignee: Alkem GmbH
Priority date: 1977-04-13
Filing date: 1977-04-13
Publication date: 1978-10-19
Also published as: ES468767A1; JPS53129336A; FR2387564A1; FR2387564B1; BE865869A

Description

ALKEM GMBH Unser Zeichen

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Induktiv beheizbarer Strahlungsheizkörper

Die vorliegende Erfindung betrifft einen induktiv beheizbaren Strahlungsheizkörper, insbesondere in Hochtemperaturöfen für Laboruntersuchungen. Solche Strahlungsheizkörper werden benötigt, wenn die zu erwärmenden Körper für die Induktionserwärmung nicht ausreichend elektrisch leitend sind. Solche können z.B. aus oxidkeramischen Materialien, wie z.B. Aluminiumoxid, Porzellan oder Kernbrennstofftabletten bestehen. Die Erhitzung solcher Körper hat z.B. die Aufgabe, Gasreste oder Feuchtigkeit auszutreiben oder auch physikalische Zustandsänderungen herbeizuführen. Die für solche Aufgaben benötigten Temperaturen liegen dabei oftmals weit über 1000⁰C, für Kernbrennstoff tabletten z.B. bei 1700⁰C.

Die für die Erwärmung solcher Körper auf derart hohe Temperaturen benötigten Strahlungsheizkörper müssen selbst wiederum aus hochtemperaturfesten Materialien bestehen, solche sind z.B. Grafit, Tantal, Molybdän. Da im allgemeinen solche Aufheizvorgänge nur unter einem inerten Schutzgas durchgeführt werden können und dürfen, sind Strahlungsheizkörper und aufzuheizendes Werkstück, z.B. in einem schutzgaserfüllten Quarzrohr untergebracht. Dieses wiederum durchsetzt eine Induktionsspule, die zur Aufheizung des Strahlungsheizkörpers an einen Hochfrequenzgenerator angeschlossen ist. Es hat sich dabei herausgestellt,

Mü 2 Ant / 5.4.1977

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daß infolge der dadurch bedingten relativ großen Abstände von Strahlungsheizkörper und Induktionsspulen keine günstigen Anpassungsverhältnisse zwischen Widerstand des Strahlungsheizkörpers und Innenwiderstand des Generators hergestellt werden können, so daß bei gegebener Generatorleistung die erwünschten Temperaturen nicht erreicht werden können.

Es stellte sich daher die Aufgabe, diese Anpassungsverhältnisse zu verbessern, ohne an den gegebenen geometrischen Verhältnissen zwischen Strahlungsheizkörper und Induktorspule etwas zu ändern.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Strahlungsheizkörper aus Kohlenstoffilz oder Grafitfilz gefertigt ist und innerhalb einer Inertgasatmosphäre angeordnet ist. Diese Verhältnisse seien nun anhand der Fig. 1-3 näher erläutert. Fig. 1 zeigt die übliche Anordnung einer Induktionserwärmungsanlage. Mit 1 ist der Hochfrequenzgenerator bezeichnet, an diesen ist die Induktionsspule 2 angeschlossen und umgibt mit möglichst enger Kopplung das zu erhitzende Werkstück 3. Letztes besteht normalerweise aus einem elektrisch mehr oder weniger gut leitendem Material. Sollte dieses Material 3 Jedoch elektrisch so schlecht leitend sein, daß es sich auf direktem Wege nicht mehr induktiv erwärmen läßt, ist eine indirekte Erwärmung desselben notwendig. Eine solche Anordnung ist in Fig. 2 ge zeigt. Der zu erwärmende Körper 4, der aus einem Material besteht, das sich induktiv nicht erwärmen läßt, ist von einem Strahlungsheizkörper 5 umgeben, der seinerseits wieder über den Induktor induktiv erwärmt wird. Die zu erwärmende Anordnung befindet sich dabei innerhalb eines Quarzgefäßes 6, das mit einem inerten

Schutzgas gefüllt ist. Das Schutzgas selbst wird über die

Leitung 7 zugeführt und evtl. zusammen mit ausgetriebenen Stoffen über die Leitung 8 abgeführt sowie evtl. zu einer nichtdargesteilten Untersuchungseinrichtung geleitet. Der Strahlungsheizkörper 5 besteht entsprechend der vorliegenden Erfindung nicht aus massivem Grafit oder einem hochschmelzenden Metall, wie z.B.

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Molybdän oder Tantal, sondern aus einem Kohlenstoffilz oder einem Grafitfilz. Beide sind hochtemperaturbeständig, unterscheiden sich jedoch durch ihren elektrischen Widerstand, der beim Kohlenstoffilz etwa doppelt so groß ist wie beim Grafitfilz. In beiden Fällen ist der elektrische Widerstand aber höher als bei den bekannten Materialien Grafit oder Tantal oder Molybdän. Infolgedessen ist der transformatorisch an den Schwingungskreis des Hochfrequenzgenerators übertragene Widerstand des Strahlungsheizkörpers höher als bei diesen bekannten Materialien, so daß damit die Anpassungsverhältnisse des Außenwiderstandes an den Innenwiderstand des Generators beeinflußt werden können. Bei den vorgeschlagenen Materialien Kohlenstofffilz oder Grafitfilz ist diese unterschiedliche Anpassungsmöglichkeit durch die erwähnten Unterschiede des jeweiligen elektrischen Widerstandes einstellbar.

Der praktische Aufbau eines solchen Strahlungsheizkörpers ist in Fig. 3 dargestellt. Hier hat der Strahlungsheizkörper 5 tiegelförmige Gestalt und ist aus Scheiben a, b, c, d und e aus Kohlenstoff- bzw. Grafitfilz aufgebaut. Die einzelnen Scheiben liegen dabei lose aufeinander. Selbstverständlich wäre auch ein einteiliger Aufbau eines derartigen Heizkörpers 5 möglich. Wesentlich ist in allen Fällen die neue Verwendung des an sich bekannten Materials, das aufgrund seines strukturellen Aufbaues auf besonders einfache Art die Energieauskopplung von HF-Generatoren zu beeinflussen erlaubt.

Zur besseren Veranschaulichung der Wirkung der Anpassungsänderung an den Hochfrequenzgenerator seien die bei gleicher Einstellung des Hochfrequenzgenerators erreichten Temperaturen der Strahlungsheizkörper erwähnt: bei Molybdän und Tantal ließen sich 1250⁰C erreichen, bei Grafit 1520⁰C, bei Grafitfilz dagegen über 1800⁰C. Aus diesen Daten geht auch hervor, wie die unterschiedliche Struktur des Grafits, auf der einen Seite Massivgrafit, auf der anderen Seite Grafitfilz, die Anpassung des Hochfrequenzgenerators und damit seine Leistungsabgabe beeinflußt.

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-ς ^{VPA 77 P 8508 BRD} Diese Verbesserungsmöglichkeit der Anpassung eines Strahlungsheizkörpers an den Hochfrequenzgenerator ist selbstverständlich nicht auf die Verwendung in Laboröfen beschränkt, vielmehr sind auch noch andere Anwendungen dieser indirekten Heiztechnik denkbar. Dabei sei außerdem noch darauf hingewiesen, daß sich weitere Temperaturerhöhungen durch das zusätzliche Anbringen an sich bekannter Wärmereflektoren und Wärmeisolationsmaterialien erzielen lassen.

3 Patentansprüche 3 Figuren

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L e e r s e i f e

Claims

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Patentansprüche

A* Induktiv erhitzter Strahlungsheizkörper, insbesondere in Hochtemperaturöfen für Laboruntersuchungen, d a d u r ch gekennzeichnet , daß er aus Kohlenstoffilz oder Grafitfilz besteht und innerhalb einer Inertgasatmosphäre angeordnet ist.
2. Strahlungsheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Heizkörper tiegelförmige Gestalt hat und zum Ausheizen von oxidkeramischen bzw. für die induktive Erwärmung nicht ausreichend elektrisch leitenden Körpern dient.
3. Strahlungsheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsanpassung des Strahlungsheizkörpers an den Innenwiderstand des Hochfrequenzgenerators außer durch die an sich bekannten geometrischen Kopplungsverhältnisse zum Induktor über die Werkstoffwahl - Kohlenstoffoder Grafitfilz - erfolgt.

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