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Elektrischer Hoehtemperatnrheizkorper.
Die Erfindung bezieht sieh auf elektrische Heizkörper, bei denen die Anode eines vorzugsweise hoehevakuierten Entladungsgefasses zweeks Erhitzung einem Elektronenbombardement ausgesetzt ist, wobei die Elektroden des Entladungsgefässes von einer gasdichten keramischen Hülle umschlossen sind. Die Erfindung bezweckt, einen derartigen Heizkörper so auszubilden, dass erfürHoehtemperaturöfen, d. h. für Öfen mit vorzugsweise mehr als 1300-14000 Ofentemperatur, verwendbar ist.
Dieser Zweck wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die eine Glühkathode umgebende Anode von einer rohrförmigen keramischen Hülle umschlossen ist, welche die in der Anode erzeugte Wärme als Heizwärme nach aussen abgibt. Zweckmässig wird dabei die Anode mit der Innenfläche des keramischen Rohres homogen verbunden, beispielsweise aufgespritzt oder chemisch aufgebracht, oder indem man das keramische Rohr auf die Anode aufsintert.
Ein Heizkörper nach der Erfindung besteht aus einer Glühkathode, die entweder direkt oder indirekt geheitzt wird und im Hochvakuum oder bei niedrigem Druck Elektronen emittiert, wobei die Elektronen unter dem Einfluss einer an eine die Kathode kreisförmig umschliessende Anode, die auf der inneren Fläche eines keramischen Rohres aufgebracht ist, angelegten Spannung auf die Anode treffen und durch Bombardement diese und damit die sie umgebende keramische Wand erhitzen.
Die Kathode eines solchen Heizkörpers kann ähnlich einer direkt geheizten Kathode einer Rundfunkröhre aufgebaut sein, derart, dass in einem keramischen Rohr, das auf der Aussenwand die Emissionsmasse trägt, eine mit einem hochwertigen Isoliermaterial, etwa sehr reinem Aluminiumoxyd, bespritzte Wendel oder Doppelwendel, gegebenenfalls auf einen Stab aus keramischem Material, eingebracht wird oder dass die zwischen Innenwand des Rohres und Wendel vorhandenen Zwischenräume noch mit der gleichen oder einer ähnlichen keramischen Masse ausgefüllt werden. Es kann auch eine direkt geheizte Kathode z. B. aus Wolfram oder Molybdän oder thoriertem Wolfram oder thoriertem Molybdän verwendet werden, wobei die reinen Metalle in erster Linie für Kathoden in Frage kommen, die nicht im Hochvakuum, sondern in einem Gas von sehr geringem Druck brennen.
Eine direkt geheizte Kathode ist zweckmässig an beiden Seiten des Heizkörpers anzuschliessen, da durch eine zwecks einseitigen Anschlusses haarnadelförmig gebogene Kathode eine unsymmetrische Elektronenverteilung verursacht wird.
Die vakuumdichte Verbindung zwischen direkt oder indirekt geheizter Kathode und Keramik kann nach den üblichen Verschmelzungsmethoden geschehen, u. zw. durch Stab-, Ring-, Kappen-, Folieneinschmelzung usw., gegebenenfalls auch unter Verwendung eines Zwischenglases oder durch Keramik-Metall-Verbindungsarten. Bei indirekt geheizten Kathoden ergibt sich der Vorteil des einseitigen Anschlusses der Kathodenheizung.
Die Anode besteht aus einem Rohr aus Molybdän, Wolfram oder auch Tantal, das z. B. aus Blech gebogen oder stumpf geschweisst ist, oder auch aus einem Blech, das überhaupt vernietet wird.
Auf dieses Rohr wird dann eine Keramik zweckmässig aus hochschmelzenden Oxyden der Metalle Aluminium, Thorium, Magnesium, Beryllium, Zirkon oder deren Legierungen oder aus hochschmelzen- den Boriden, Karbiden und Nitriden von V, Nb, W, Ta, Ti, Mo, Zr, Hf aufgesintert.
Das die Anode bildende Metall kann ausserdem durch Aufspritzen von Metallpulver auf die Keramik erzeugt werden, gegebenenfalls auch chemisch, wobei diese Schicht allein als Anode dienen kann.
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Um bei sehr hohen Temperaturen die Diffusion von Gasen und deren schädliche Einwirkung auf die Entladung zu verhindern, kann man entweder in den Entladungsraum, u. zw. an entsprechend kalten Stellen, z. B. an den Anschlussenden, Getter einbringen, die durch die Keramik hindurchdiffundierende Gase binden. Ausserdem besteht die Möglichkeit, den Heizkörper in einer keramischen Umhüllung unterzubringen, wobei der Zwischenraum zwischen Umhüllung und eigentlichen Heizkörper einen geringen Gasdruck oder ein Hochvakuum hat und Getterbaustoffe für die Bindung von durch die Umhüllung diffundierten Gasen enthält.
Die Zeichnung veranschaulicht in schematischer Darstellung den Aufbau des Heizkörpers gemäss der Erfindung in zwei Beispielen.
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Stromanschluss 2', 3 den keramischen Zylinder, 4, 4'die beiden Anschlussdeckel, diese der Einfachheit halber einteilig gleichfalls aus keramischem Material, z. B. aus Glas, ausgeführt.
Die gleichen Bezugszeichen gelten für das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel mit indirekt geheizter Kathode, die in diesem Beispiel den keramischen Hohlkörper 6 umschliesst und von der darin untergebrachten Heizwendel 5 erhitzt wird. 5', 5"sind die Stromzuführungen zur Holzwendel, 7 der Stirnverschluss des Kathodenhohlträgers 6, 8 ist in beiden Figuren der Stutzen zum Luftpumpenanschluss, der nach erfolgter Evakuierung zugeschmolzen, wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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Electric high temperature radiator.
The invention relates to electrical heating elements in which the anode of a discharge vessel, preferably evacuated from above, is exposed to electron bombardment for heating purposes, the electrodes of the discharge vessel being enclosed by a gas-tight ceramic envelope. The aim of the invention is to design such a heating element so that it can be used in high-temperature ovens, i.e. H. for ovens with preferably more than 1300-14000 oven temperature.
According to the invention, this purpose is achieved in that the anode surrounding a hot cathode is enclosed by a tubular ceramic casing which emits the heat generated in the anode as heating heat to the outside. The anode is expediently connected homogeneously to the inner surface of the ceramic tube, for example sprayed on or applied chemically, or by sintering the ceramic tube onto the anode.
A heating element according to the invention consists of a hot cathode, which is either directly or indirectly heated and emits electrons in a high vacuum or at low pressure, the electrons being under the influence of an anode which surrounds the cathode in a circle and which is located on the inner surface of a ceramic tube is applied, apply voltage to the anode and bombard it and heat the ceramic wall surrounding it.
The cathode of such a heater can be constructed similarly to a directly heated cathode of a radio tube, in such a way that a spiral or double spiral sprayed with a high-quality insulating material, e.g. very pure aluminum oxide, sprayed with a high-quality insulating material, if necessary, in a ceramic tube that carries the emission mass a rod made of ceramic material is introduced or that the spaces between the inner wall of the tube and the helix are still filled with the same or a similar ceramic compound. It can also be a directly heated cathode z. B. Tungsten or molybdenum or thoriated tungsten or thoriated molybdenum can be used, the pure metals primarily being used for cathodes that do not burn in a high vacuum but in a gas of very low pressure.
It is advisable to connect a directly heated cathode to both sides of the heater, since a cathode which is bent into a hairpin shape for the purpose of one-sided connection causes an asymmetrical electron distribution.
The vacuum-tight connection between the directly or indirectly heated cathode and ceramic can be done according to the usual fusion methods, u. between rods, rings, caps, foils, etc., optionally also using intermediate glass or ceramic-metal connections. In the case of indirectly heated cathodes, there is the advantage of connecting the cathode heater on one side.
The anode consists of a tube made of molybdenum, tungsten or tantalum, which z. B. is bent from sheet metal or butt welded, or from sheet metal that is riveted at all.
A ceramic is then expediently made of high-melting oxides of the metals aluminum, thorium, magnesium, beryllium, zirconium or their alloys or of high-melting borides, carbides and nitrides of V, Nb, W, Ta, Ti, Mo, Zr, on this tube. Hf sintered.
The metal forming the anode can also be produced by spraying metal powder onto the ceramic, possibly also chemically, this layer being able to serve solely as an anode.
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In order to prevent the diffusion of gases and their harmful effect on the discharge at very high temperatures, you can either enter the discharge space, u. between cold spots, e.g. B. at the connection ends, introduce getters that bind gases diffusing through the ceramic. There is also the possibility of accommodating the heating element in a ceramic envelope, the space between the envelope and the actual heating element having a low gas pressure or a high vacuum and containing getter building materials for binding gases diffused through the envelope.
The drawing illustrates in a schematic representation the structure of the radiator according to the invention in two examples.
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Power connection 2 ', 3 the ceramic cylinder, 4, 4' the two connection covers, for the sake of simplicity these are also made of a ceramic material, e.g. B. made of glass.
The same reference numerals apply to the embodiment shown in FIG. 2 with an indirectly heated cathode, which in this example surrounds the ceramic hollow body 6 and is heated by the heating coil 5 accommodated therein. 5 ', 5 "are the power supply lines to the wooden helix, 7 the front closure of the cathode hollow support 6, 8 in both figures is the connector to the air pump connection, which is melted shut after evacuation.
PATENT CLAIMS:
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