DE1958261A1

DE1958261A1 - Isothermer Ofen

Info

Publication number: DE1958261A1
Application number: DE19691958261
Authority: DE
Inventors: Carlo Rosatelli; Arvind Shroff
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1968-11-21
Filing date: 1969-11-20
Publication date: 1970-06-04
Also published as: FR1595711A; AT302249B; US3646320A; GB1269250A; DE1958261B2

Description

Dipl.-Ing. Egon Prinz Dr. Gertrud Hauser Dipl.-Ing. Gottfried Leiser Patentanwälte Telegramme: Labyrinth Mönchen

Telefon: 83 15 10 Postscheckkontos München 117078

8000 München 60,

Erns bergerstrasse 19

Unser Zeichen: T 801

THOMSON-CSP
101, Boulevard Murat, Paris l6e/Prankreich

Isothermer Ofen

Bei gewissen technischen Anwendungen ist es erforderlich, Körper oder Stoffe unter vollständig isothermen Bedingungen über das ganze erhitzte Volumen auf vorbestimmte Temperaturen zu bringen. Wenn man mit elektrischer Energie arbeitet, sind beispielsweise mit Joulescher Wärme arbeitende

Bu/ku

Widerstandsöfen

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Widerstandsöfen, öfen mit elektronischer Beschießung, bei denen die Wärmeenergie aus einem auf die das zu erhitzende Element bildende Anode auftreffenden Elektronenbündel stammt, und mit Hochfrequenzenergie arbeitende öfen bekannt, bei denen die Energie in dem zu erhitzenden Teil mit Hilfe eines um denselben gewickelten und von einem Wechselstrom hoher Frequenz durchflossenen Kreises erzeugt wird.

Diese Ofenarten weisen zwei Nachteile auf: Einerseits ist es unmöglich, eine gleichförmige Temperatur längs ihres Aufbaus zu erzielen, und andererseits ist es außerordentlich schwierig, unter Umständen die Länge der erhitzten Zone zu verändern, was insbesondere für bestimmte Anwendungen wichtig ist.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Ofen geschaffen, welcher diese Nachteile nicht aufweist.

Dieser isotherme Ofen zeichnet sich durch die folgenden Bestandteile aus:

Ein hohizylindrischer Körper bildet das Gehäuse des Ofens und umschließt im Inneren des so begrenzten Volumens oder in den Wänden desselben einen oder mehrere geschlossene, allgemein rohrförmige Räume, in denen eine verdampfbare Flüssigkeit eingeschlossen ist, wobei diese Räume Einrichtungen zur Wärmezuführung an einem ihrer Enden besitzen, wodurch die Flüssigkeit auf eine solche Temperatur gebracht wird, daß ihr Dampf gesättigt bleibt, wobei eine Einrichtung zur Regelung des dort herrschenden Innendrucks vorgesehen ist.

Anhand 009823/1368

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Figur 1 einen schematischen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ofens und

Figur 2 einen schematischen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ofens.

Gemäß Figur 1 besitzt der zylindrische Körper 1 doppelte Wände 2, welche ein geschlossenes Volumen 2a bilden, in dem eine verdampfbare Flüssigkeit 3 eingeschlossen ist. Eine mittels Stromwärme abeitende Heizeinrichtung 4 ist an einem Ende des zylindrischen Körpers 1 angeordnet, welcher, falls erforderlich, an seinen beiden Enden durch Schraubstopfen 5 und 6 verschlossen ist. Schließlich verbessert ein eine "thermische Abschirmung" bildender Mantel 7 den Wirkungsgrad, indem er thermische Energieverluste nach außen verringert.

Eine Druckgasleitung, welche von der Quelle 8 kommt und ein Druckminderventil 9, ein Manometer 10 und ein Absperrventil 11 enthält, mündet in das Volumen 2a. Das verwendete Gas soll bei den Arbeitstemperaturen mit keinem der anderen vorhandenen Stoffe chemisch reagieren und kann beispielsweise Argon oder Helium sein.

Die Arbeitsweise des so aufgebauten Ofens ist die folgende: Die Flüssigkeit 3 wird an einem Ende des geschlossenen Volumens durch die Heizeinrichtung 4 zum Sieden gebracht und ihr Dampf füllt das ganze geschlossene Volumen 2a.

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Es ist unerläßlich, daß die relativen Werte dieses Volumens und des Drucks bei der Arbeitstemperatur so festgelegt werden, daß sich der Dampf im Sattigungszustand, das heißt im Gleichgewicht mit seiner Flüssigkeit befindet.

Die physikalischen Gesetze, welche die Zustände von Fluiden in Abhängigkeit von Temperatur und Druck beherrschen, zeigen einerseits, daß bei gegebenem Druck eine maximale Arbeitstemperatur existiert, oberhalb der das ganze Fluid verdampft ist, und andererseits, daß bei gegebener Temperatur ein minimaler Arbeitsdruck existiert, unterhalb dessen das ganze Fluid ebenfalls verdampft ist.

In dem allgemeinen Fall, in dem das Temperatur- und das Druckintervall so gewählt sind, daß der Dampf bei Anwesenheit von Flüssigkeit vorhanden ist, ist jeder Punkt des Volumens 2a und seiner Wände Schauplatz einer Wärmeaustauscherscheinung, welche zu einem Gleichgewicht zwischen der nach außen durch die Wände verlorenen Wärmeenergie und der dem gleichen Punkt im exakten Ausgleich für die automatische Kondensation einer zweckmäßigen Dampfmenge zugeführten Wärmeenergie führt. Diese Wärmeabgabe entspricht der vorher bei der Verdampfung verbrauchten Wärmeenergie.

Um ein Beispiel für die vorkommenden Größenordnungen zu geben: Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Ofen mit 40 cm Länge, bei welchem das Fluid aus Lithium besteht, hat in isothermer Weise eine Temperatur von 1920° K bei einer

Leistung von 2500 Watt ergeben, was 100 Watt je cm Wandfläche ergibt.

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Daher sind das rohrförmige Volumen und dessen Wände über dessen ganze Länge streng isotherm.

Die Einleitung von inertem Gas unter Druck in das geschlossene Volumen ermöglicht eine Veränderung der Länge des isothermen Teils des Ofens gemäß dem folgenden physikalischen Vorgang: Die Öffnung des Ventils 11 ermöglicht die Einleitung einer bestimmten Gasmenge, beispielsweise Helium oder Argon, in das geschlossene Volumen 2a unter einem höheren Druck, als er dort herrscht. Infolge des sehr großen Dichteunterschiedes 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 des Dampfes vollständig verhindert. Daraus folgt, daß über die ganze, vom Gas eingenommene Länge des Ofens die Wärmeaustauschvorgänge zwischen dem Dampf und der Wand nicht stattfinden können, und die Temperatur ist dort gering und vernachlässigbar bezüglich derjenigen im übrigen Volumen.

Auf diese Weise gestattet die Menge des durch Regelung des Ventils eingeleiteten Gases eine Regelung der brauchbaren Länge des isothermen Ofens.

Figur 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Vorrichtung, bei der die Einleitung des Gases an dem dem Flüssigkeitsvorrats entgegengesetzten Ende erfolgt. Dies hat den folgenden Vorteil; Obwohl der Eintrittspunkt der Gasleitung in das geschlossene Volumen längs dieses Volumens frei gewählt werden kann, kann es vorteilhaft sein, den Durch-

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gang des Gases durch den Dampf des geschlossenen Volumens zu vermeiden, wenn die vorhandenen Fluide benachbarte Dichten aufweisen, wobei die Scheidung der Fluide infolge ihrer Dichten unter Umständen nur mit Schwierigkeit durchzuführen ist.

Die Heizeinrichtung muß nicht aus der dargestellten Heizwicklung bestehen, sondern die Heizung kann auf irgendeine andere Weise, insbesondere durch elektronische Beschießung, erfolgen.

Gleichermaßen kann die Art des verwendeten Gases sieh von der beschriebenen Art unterscheiden. Auch das Mittel zur Veränderung des Innenvolumens kann anders gewählt werden.

Patentansprüche 009823/ 1368

Claims

Patentansprüche

1. Isothermer Ofen mit einer Heizeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung an einem Ende angeordnet ist und daß der Ofen einen oder mehrere geschlossene Räume aufweist, die einen verflüssigbaren Stoff mit solchem inneren Volumen umschließen, daß die erzeugte Temperatur den verflüssigbaren Stoff im Zustand des gesättigten Dampfes unter den in den Räumen herrschenden inneren Druckbedingungen hält.

2. Ofen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Regelung des von dem gesättigten Dampf in den geschlossenen Räumen eingenommenen Volumens.

3. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung aus einer Einleitvorrichtung für ein chemisch neutrales Gas bei den Arbeitsbedingungen unter regelbarem Druck besteht. .

4. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Argon ist.

5. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Helium ist.

6. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Anordnung oder einen Teil derselben umgebender Mantel eine thermische Abschirmung zur Vabesserung des Wärmewirkungsgrades bildet.

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7. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung aus von einem elektrischen Strom durchflossenen Leiterwicklungen besteht.

8. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung aus einer Anordnung zur elektronischen Beschießung mit einer gegenüber dem zu heizenden Teil der geschlossenen Räume angeordneten Elektronenquelle besteht, wobei die Elektronenquelle und die geschlossenen Räume jeweils mit dem negativen bzw. positiven Pol einer elektrischen Spannungsquelle verbunden sind.

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