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DE1958261B2 - oven - Google Patents

oven

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DE1958261B2
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steam
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Carlo Bologna Rosatelli (Italien)
Arvind Paris Shroff
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Thales SA
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Thomson CSF SA
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Description

4040

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ofen für die Erwärmung von Gegenständen auf eine gleichmäßige Temperatur, mit einem einen abgeschlossenen Raum umschließenden doppelwandigen rohrförmigen Gehäuse, in dessen unterem Bereich sich eine verdampfbare Flüssigkeit befindet, und mit einer Heizeinrichtung zur Erhitzung der Flüssigkeit auf eine Temperatur, bei welcher sich der Flüssigkeitsdampf im Gleichgewicht mit der Flüssigkeit befindet, wobei durch die Kondensation des Dampfes an der Wand des Gehäuses die für die Erwärmung der Teile erforderliche Wärme isotherm freigesetzt wird.The invention relates to an oven for heating objects to a uniform level Temperature, with a double-walled tubular housing enclosing an enclosed space, in the lower area there is a vaporizable liquid, and with a heating device for Heating the liquid to a temperature at which the liquid vapor is in equilibrium with the liquid located, whereby the condensation of the vapor on the wall of the housing is responsible for the Heating of the parts required heat is released isothermally.

Bei gewissen technischen Anwendungen ist es erforderlich, Körper oder Stoffe unter vollständig isothermen Bedingungen über das ganze erhitzte Volumen auf vorbestimmte Temperatüren zu bringen. Wenn man mit elektrischer Energie arbeitet, sind beispielsweise mit Joulescher Wärme arbeitende Widerstandsöfen, Elektronenstrahlofen und mit Hochfrequenzenergie arbeitende öfen bekannt Mit derartigen Ofen ist es außerordentlich schwierig, eine vollkommen gleichförmige Temperatur über die ganze Länge des Ofens, also eine vollkommen isotherme Erwärmung zu erzielen.With certain technical applications it is necessary to completely subdivide bodies or substances Bring isothermal conditions over the entire heated volume to predetermined temperatures. When working with electrical energy, resistance furnaces working with Joule heat are, for example, Electron beam ovens and ovens operating with high frequency energy are known with such It is extremely difficult to maintain a perfectly uniform temperature over the entire length of the furnace Furnace, so to achieve completely isothermal heating.

Dagegen kann mit einem Ofen der eingangs angegebenen Art, der aus der US-PS 26 16 628 bekannt ist, eine vollkommen isotherme Erwärmung erreicht werden. Bei diesem bekannten Ofen hat das eingebrachte Gas den Zweck, den im Gehäuse herrschenden Druck und dadurch die Rekondensationstemperatur festzulegen. Damit trotz des eingebrachten Gases eine isotherme Erwärmung möglich ist, muß sich das Gas mit dem Dampf vermischen, der beim Betrieb des Ofens durch die Erhitzung der Flüssigkeit erzeugt wird. Nach dem Einbringen des Gases mit dem gewünschten Druck wird das Gehäuse dicht verschlossen, und es besteht keine Möglichkeit einer späteren Veränderung der eingebrachten Gasmenge oder des im Gehäuse herrschenden Drucks. Insbesondere kann mit dem bekannten Ofen nur eine Ober die ganze Höhe des rohrförmigen Teils des Gehäuses gleichbleibende Temperatur erhalten werden. Es gibt jedoch Anwendungsfäile, in denen es erwünscht wäre, die Höhe des für die Erwärmung wirksamen Teils einstellen und nach Bedarf verändern zu können.On the other hand, with a furnace of the type indicated at the outset, which is known from US Pat. No. 2,616,628 isothermal heating can be achieved. In this known furnace, the introduced Gas has the purpose of determining the pressure prevailing in the housing and thus the recondensation temperature. So that isothermal heating is possible in spite of the gas introduced, the gas must be with itself mix with the steam generated by the heating of the liquid when the furnace is operating. To the introduction of the gas at the desired pressure, the housing is tightly sealed, and it exists no possibility of later changing the amount of gas introduced or that in the housing prevailing pressure. In particular, with the known furnace, only one over the entire height of the tubular part of the housing constant temperature can be obtained. However, there are applications in which it would be desirable to adjust the height of the part effective for heating and after To be able to change needs.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Ofen dieser Art so auszubilden, daß die Höhe der Heizzone einstellbar istThe object of the present invention is to design a furnace of this type so that the Height of the heating zone is adjustable

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Einleitung einer einstellbaren Menge eines sich mit dem Dampf nicht mischenden, unter Druck stehenden Gases von geringerer Dichte als der Dampf in dem abgeschlossenen Raum.According to the invention, this object is achieved by a device for introducing an adjustable Amount of a pressurized gas that does not mix with the steam and has a density less than the steam in the locked room.

Bei dem Ofen nach der Erfindung bildet sich über der Dampfsäule ein Kolben aus dem unter Druck eingeführten Gas, da sich dieses mit dem Dampf nicht mischt und eine geringere Dichte als der Dampf hat. Die Höhe dieses Kolbens ist durch die eingebrachte Menge einstellbar. Auf diese Weise wird die Höhe der Zone, in welcher die ständige Verdampfung und isotherme Kondensation stattfindet, auf einen Teil der Höhe des rohrförmigen Gehäuses beschränkt, der durch die eingebrachte Gasmenge bestimmt ist. Die Höhe der Heizzone kann somit den jeweiligen Bedürfnissen genau angepaßt werden, so daß auch schwierige Heizaufgaben gelöst werden können; beispielsweise kann ein in den Ofen eingebrachtes Werkstück nur über einen Teil seiner Längsausdehnung erhitzt werden, oder es kann ein Zonenschmelzverfahren durchgeführt werden.In the furnace according to the invention, a piston is formed from the one introduced under pressure above the steam column Gas, as this does not mix with the steam and has a lower density than the steam. The height this piston can be adjusted by the amount introduced. In this way, the height of the zone in which the constant evaporation and isothermal condensation takes place, at part of the height of the tubular housing limited, which is determined by the amount of gas introduced. The high of The heating zone can thus be precisely adapted to the respective needs, so that even difficult ones Heating tasks can be solved; for example, a workpiece placed in the furnace can only be a part of its longitudinal extension can be heated, or a zone melting process can be carried out will.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung enthä!t der Ofen nach der Erfindung eine Einrichtung zur Einstellung des Druckes des Gases. Dadurch ist zusätzlich zu der Bestimmung der Höhe der Heizzone auch eine Einstellung der Heiztemperatui möglich.According to an advantageous embodiment, the furnace according to the invention contains a device for Adjustment of the pressure of the gas. This is in addition to determining the height of the heating zone It is also possible to set the heating temperature.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigtEmbodiments of the invention are shown in the drawing. It shows

F i g. 1 einen schematischen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ofens undF i g. 1 shows a schematic section through a first embodiment of the furnace according to the invention and

F i g. 2 einen schematischen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ofens.F i g. 2 shows a schematic section through a second embodiment of the furnace according to the invention.

Fig. 1 zeigt einen isothermen Ofen 1 mit einem zylindrischen doppelwandigen Gehäuse 2, dessen Wände einen abgeschlossenen Raum 2a umschließen, in dem eine verdampfbare Flüssigkeit 3 eingeschlossen ist. Eine mittels Strotnwärme arbeitende Heizeinrichtung 4 ist an einem Ende des zylindrischen Gehäuses 2 angeordnet. Der von dem Gehäuse 2 umgebene Innenraum des Ofens 1, in den die zu erwärmenden Gegenstände eingebracht werden, ist, falls erforderlich, an beiden Enden durch Schraubstopfen 5 und 6 verschlossen. Ein als Wärmeschirm wirkender Mantel 7 verbessert den Wirkungsgrad, indem er thermische Energieverluste nach außen verringert.1 shows an isothermal furnace 1 with a cylindrical double-walled housing 2, the walls of which enclose a closed space 2a in which a vaporizable liquid 3 is enclosed. A heating device 4 operating by means of electrical heat is arranged at one end of the cylindrical housing 2. The interior of the furnace 1, which is surrounded by the housing 2 and into which the objects to be heated are introduced, is, if necessary, closed at both ends by screw plugs 5 and 6. A jacket 7 acting as a heat shield improves the efficiency by reducing thermal energy losses to the outside.

Eine Druckgasleitung verbindet einen Druckgasbe-A pressurized gas line connects a pressurized gas

hälter 8 über ein Druckminderventil 9, ein Manometer 10 und ein Absperrventil 11 mit dem abgeschlossenen Raum 2a im Gehäuse 2. Das verwendete Gas soll bei den Arbeitstemperaturen mit keinem der anderen vorhandenen Stoffe chemisch reagieren und kann beispielsweise Argon oder Helium sein.container 8 via a pressure reducing valve 9, a manometer 10 and a shut-off valve 11 with the closed space 2a in the housing 2. The gas used should be at the working temperatures do not and cannot chemically react with any of the other substances present for example argon or helium.

Der in F i g. 1 dargestellte Ofen wird in folgender Weise betrieben: Die Flüssigkeit 3 wird am unteren Ende des abgeschlossenen Raums 2a durch die Heizeinrichtung 4 zum Sieden gebracht, und ihr Dampf füllt den ganzen abgeschlossenen Raum 2a. Es ist unerläßlich, daß das Volumen des Raums 2a und der Druck bei der Arbeitstemperatur relativ zueinander so festgelegt werden, daß sich der Dampf im Sättigungszustand, das heißt im Gleichgewicht mit seiner Flüssigkeit befindet.The in F i g. The furnace shown in Fig. 1 is operated in the following manner: the liquid 3 is boiled at the lower end of the closed space 2a by the heating device 4, and its vapor fills the entire closed space 2a. It is essential that the volume of the space 2a and the pressure at the working temperature are determined relative to each other so that the vapor is in the state of saturation, that is, in equilibrium with its liquid.

Die physikalischen Gesetze, welche die Zustände von Fluiden in Abhängigkeit von Temperatur und Druck beherrschen, zeigen einerseits, daß es für einen gegebenen Druck eine maximale Arbeitstemperatur gibt, oberhalb der das ganze Fluid verdampft ist, und daß es andererseits für eine gegebene Temperatur einen minimalen Arbeitsdruck gibt, unterhalb dessen das ganze Fluid ebenfalls verdampft ist.The physical laws governing the states of fluids as a function of temperature and pressure show, on the one hand, that there is a maximum working temperature for a given pressure above which all the fluid has evaporated and that, on the other hand, for a given temperature there is a there is a minimum working pressure below which all the fluid has also evaporated.

Für den allgemeinen Fall, daß das Temperatur- und das Druckintervall so gewählt sind, daß Dampf und Flüssigkeit gleichzeitig vorhanden sind, finden an jeder Stelle des Raums 2a und seiner Wände Wärmeaustauscherscheinungen statt, die sich aus dem Gleichgewicht zwischen der nach außen durch die Wände verlorenen Wärmeenergie und der der gleichen Stelle durch die automatische Kondensation einer entsprechenden Dampfmenge zugeführten Wärmeenergie ergibt. Diese Wärmeabgabe entspricht der vorher bei der Verdampfung verbrauchten Wärmeenergie.For the general case that the temperature and pressure interval are chosen so that steam and Liquid are present at the same time, find heat exchange phenomena at every point in the space 2a and its walls instead, resulting from the equilibrium between the thermal energy lost to the outside through the walls and that of the same body thermal energy supplied by the automatic condensation of a corresponding amount of steam results. This heat emission corresponds to the heat energy previously consumed during evaporation.

Um ein Beispiel für die vorkommenden Größenordnungen zu geben: Ein in der beschriebenen Weise ausgebildeter Ofen mit 40 cm Länge, bei welchem das Fluid aus Lithium besteht, hat in isothermer Weise eine Temperatur von 19200K bei einer Leistung von 2500 Watt ergeben, was 100 Watt je cm2 Wandfläche entspricht.To give an example of the orders of magnitude that occur: A furnace with a length of 40 cm and designed in the manner described, in which the fluid consists of lithium, has an isothermal temperature of 1920 ° K with an output of 2500 watts, which equates to 100 Corresponds to watts per cm 2 of wall surface.

Dabei sind der abgeschlossene rohrförmige Raum 2a und dessen Wände über die ganze Länge völlig isotherm.The closed tubular space 2a and its walls are completely over the entire length isothermal.

Die Einleitung von inertem Gas unter Druck in den abgeschlossenen Raum 2a ermöglicht eine Veränderung der Länge des isothermen Teils des Ofens auf Grund des folgenden physikalischen Vorgangs: Beim öffnen des Absperrventils 11 wird eine bestimmte Gasmenge, beispielsweise Helium oder Argon, in den abgeschlossenen Raum 2a unter einem höheren Druck, als er dort herrscht, eingeleitet. Infolge des sehr großen Dichteunterschieds zwischen dem bereits vorhandenen Dampf und dem eingeleiteten Gas mischen sich die beiden Fluide nicht, und das Gas wandert durch den Dampf zum oberen Teil des abgeschlossenen Volumens, wo seine Anwesenheit die Anwesenheit vom Dampf vollständig verhindert. Daraus folgt, daß in dem ganzen vom Gas eingenommenen Teilabschnitt des Ofens keine Wärmeaus;tauschvorgänge zwischen dem Dampf und der Wand stattfinden können; die Temperatur ist in diesem Teilabschnitt gering und vernachlässigbar gegenüber derjenigen im unteren Teilabschnitt.The introduction of inert gas under pressure into the closed space 2a enables a change the length of the isothermal part of the furnace due to the following physical process: When opening the Shut-off valve 11 is a certain amount of gas, for example helium or argon, in the closed Room 2a is initiated under a higher pressure than prevails there. As a result of the very large difference in density between the already existing steam and the introduced gas mix the neither fluids, and the gas migrates through the steam to the upper part of the enclosed volume, where its presence completely prevents the presence of steam. It follows that in the whole The section of the furnace occupied by the gas does not allow any heat exchange processes between the steam and the wall can take place; the temperature in this section is low and negligible compared to that in the lower section.

Auf diese Weise gestattet die Menge des durch die Betätigung des Absperrventils eingeleiteten Gases eine > Einstellung der nutzbaren Länge des isothermen Ofens.In this way, the amount of gas introduced by the actuation of the shut-off valve allows one > Setting the usable length of the isothermal furnace.

F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des Ofens,F i g. 2 shows another embodiment of the furnace,

bei der die Einleitung des Gases an dem dem Flüssigkeilsvoirat entgegengesetzten Ende erfolgt. Dies ergibt einen gewissen Vorteil: Zwar kann die Stelle der Einführung des Gases in den abgeschlossenen Raum frei gewählt werden, doch kann es vorteilhaft sein, den Durchgang des Gases durch den Dampf in dem abgeschlossenen Raum zu vermeiden, wenn die Dichte des Gases von der Dichte des Flüssigkeitsdampfes wenig verschieden ist, so daß die Scheidung der Fluide infolge ihrer Dichten unter Umständen nur mit Schwierigkeit zu erreichen ist.in which the gas is introduced at the end opposite the liquid wedge void. this gives a certain advantage: the place of introduction of the gas into the closed space can be free can be chosen, but it can be advantageous to allow the gas to pass through the steam in the Avoid closed space when the density of the gas is different from the density of the liquid vapor is little different, so that the separation of the fluids due to their densities under certain circumstances only with Difficulty to achieve is.

Die Heizeinrichtung muß nicht aus der dargestellten Heizwicklung bestehen; die Heizung kann auch auf irgendeine andere Weise, insbesondere durch Elektronenstrahlbeheizung, erfolgen.The heating device does not have to consist of the heating coil shown; the heater can also be on in any other way, in particular by electron beam heating, take place.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: !. Ofen für die Erwärmung von Gegenständen auf eine gleichmäßige Temperatur, mit einem einen abgeschlossenen Raum umschließenden doppelwandigen rohrförmigen Gehäuse, in dessen unterem Bereich sich eine verdampfbare Flüssigkeit befindet, und mit einer Heizeinrichtung zur Erhitzung der Flüssigkeit auf eine Temperatur, bei welcher sich der Flüssigkeitsdampf im Gleichgewicht mit der Flüssigkeit befindet, wobei durch die Kondensation des Dampfes an der Wand des Gehäuses die für die Erwärmung der Teile erforderliche Wärme isotherm freigesetzt wird, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (8, 9, 10, 11) zur Einleitung einer einstellbaren Menge eines sich mit dem Dampf nicht mischenden, unter Druck stehenden Gases von geringerer Dichte als der Dampf in dem abgeschlossenen Rahm.! Oven for heating objects to a uniform temperature, with one one closed space enclosing double-walled tubular housing, in the lower A vaporizable liquid is located in the area, and with a heating device for heating the Liquid to a temperature at which the liquid vapor is in equilibrium with the liquid is located, whereby by the condensation of the steam on the wall of the housing for the Heating the parts required heat is released isothermally, characterized by a device (8, 9, 10, 11) for introducing an adjustable amount of a itself with the steam not mixing, pressurized gas of lower density than the vapor in the sealed Cream. 2. Ofen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (9,10) zur Einstellung des Druckes des Gases.2. Oven according to claim 1, characterized by a device (9,10) for adjusting the pressure of the gas. 3. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Gas unter Druck enthaltender Behälter (8) mit dem Inneren des Gehäuses (2) über ein Druckminderventil (9) und ein Absperrventil (11) verbunden ist.3. Oven according to claim 2, characterized in that a container containing the gas under pressure (8) with the interior of the housing (2) via a pressure reducing valve (9) and a shut-off valve (11) connected is. 4. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas chemisch neutral isL jo4. Oven according to one of the preceding claims, characterized in that the gas is chemical neutral isL jo 5. Ofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Argon ist.5. Furnace according to claim 4, characterized in that the gas is argon. 6. Ofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Helium ist6. Furnace according to claim 4, characterized in that the gas is helium 7. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüehe, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Lithium ist.7. Oven according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid Lithium is.
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