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BekannteAnwendungen des"Wärmerohrs"sind in der USA-Patentschrift Nr 2,350, 348 und der entsprechenden deutschen Patentschrift Nr. 833500 sowie in der Abhandlung "Das Wärmerohr (Heat Pipe)"in der Zeitschrift Chemie-Ingenieur-Technik des Verlags Chemie G. m. b. H. [1967], Heft l, S. 21 bis 26, beschrieben. Bei diesen bekannten Anwendungen handelt es sich im wesentlichen um solche in der Kältetechnik und der Raumfahrt, nämlich für Energieversorgungsanlagen für Raumfluggeräte.
Bei dem bekannten Wärmerohr wird unabhängig von derGravitation ein Umlauf des Wärmetransportmittels allein durch ein Temperaturgefälle bewirkt. Dieses Prinzip beruht auf den Kapillarkräften bzw. der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten. Das Wärmerohr besteht aus einem Rohr, in dem sich eine mit Wärmetransportmittel gesättigte Kapillarstruktur befindet, aus der das Wärmetransportmittel bei Erwärmungverdampft. Der Dampf strömt in Richtung des Temperaturgefälles und kondensiert unter Abgabe von Verdampfungswärme. Die Kapillarstruktur besorgt die Rückförderung des kondensierten Wärmetransportmittels zu dem Verdampfungsbereich.
Die Erfindung ist gerichtet auf die Temperierung von Glasschmelzen und insbesondere Sonderglasschmelzen in Schmelztiegeln. Schmelztiegel sind bekannt und dienen in der Glasindustrie und in der Glasforschung vorzugsweise zum Erschmelzen von Sonder- und Spezialgläsem.
An diese Gläser werden in der Regel sehr hohe Qualitätsanforderungen gestellt. Die Endqualität hängt in starkem Masse von den Temperaturverhältnissen innerhalb der Schmelze des Schmelztiegels ab. Es sind grosse Anstrengungen unternommen worden, diese Temperaturverhältnisse je nach den technologischen und verfahrensmässigen Erfordernissen optimal und reproduzierbar zu gestalten. Diese Anstrengungen haben bisher nicht zu dem gewünschten Erfolg geführt und bilden den Kern der dieser Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe.
Aufgabe der Erfindung sind die Homogenisierung der Temperatur innerhalb der Glasschmelze und die genaue Erreichung und Einhaltung einer optimalen Arbeitstemperatur der Glasschmelze.
Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst, dass zur Temperierung (Kühlung oder Erwärmung) von in Schmelztiegeln befindlichen Glasschmelzen, insbesondere Sonderglasschmelzen, in der Tiegelwandung und/oder im Tiegelboden und/oder in der Glasschmelze selbst ein oder mehrere Wärmerohre angeordnet sind.
Damit ist die Temperierung der Glasschmelze in engen Grenzen und ausserdem selbsttätig zu erzielen.
Es kann nicht nur gekühlt, sondern auch erwärmt werden, z. B. im Bereich zu kalter Zonen in der Glasschmelze, in denen andernfalls unerwünschte Veränderungen der Schmelze auftreten könnten. Von besonderer Bedeutung ist ferner, dass das Wärmerohr eine selbsttätige thermische Homogenisierung der Glasschmelze innerhalb verhältnismässig sehr enger Grenzen ermöglicht.
In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch mehrere Ausführungsformen von Schmelztiegeln, Fig. 2 einen Querschnitt durch mehrere Ausführungsformen des Schmelztiegels, im wesentlichen gemäss Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 3 die Schnittansicht nach Linie III-III in Fig. 1 in vergrösserter Darstellung.
In Fig. 1 weist ein Schmelztiegel --10-- eine Aussenfläche --13-- und eine mit einer Glasschmelze-14teilweise in Berührung stehende Innenfläche --15-- auf. Die Flächen --13 und 15-- begrenzen eine Tiegelseitenwand --17--, die zusammen mit einem Tiegelboden --18- das eigentliche Gefäss des Tiegels --10- bil- det.
Auf der linken Seite der Fig. 1 sind swohl in die Tiegelseitenwand --17-- als auch in den Tiegelboden - Einsätze, z. B.-20 und 21--, aus Wärmerohr eingeführt. Die Einsätze --20 und 21-- sind jeweils an ihrer Innenseite mit Kapillarstruktur-23 und 24-- belegt.
Die Aussenfläche-13-ist in dem linken Teil der Fig. 1 von mit dem Schmelztiegel --10-- konzentrischen elektrischen Heizleitern --25-- umgeben, die mit einem umlaufenden Schutzgehäuse --27-- gekapselt
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dig ausgebildet, so dass sich im Inneren ein ringsumlaufender zusammenhängender Hohlraum --35-- ergibt.
Die Innenfläche dieses Hohlraums --35-- ist wieder mit Kapillarstruktur --37-- ausgekleidet. Die Beheizung geschieht in diesem Fall durch in den Tiegelboden-18-eingebettete elektrische Widerstandsheizleiter --39--.
Der Schmelztiegel --10-- wird durch einen Deckel --40 -- verschlossen, den ein Wärmerohr-42- durchdringt, das bis unmittelbar über den Tiegelboden --18-- hinabgeführt und dort im wesentlichen parallel
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In dem dargestelltenAusführungsbeispiel ist das Wärmerohr --42-- ausserhalb des Deckels --40-- von einer Temperiermanschette --45-- umgeben, die in Richtung der Pfeile --46 und 47-von Temperiermittel durchströmt werden kann.
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Fig. 2 zeigt ausser dem Einsatz --20-- noch weitere achsparallele Einsätze-50 bis 54-von zum Teil un- terschiedlicher Querschnittsausbildung in derTiegelseitenwand --17--. Die radiale Anordnung der zylindrischen oder auch sektorförmigen Einsätze, z. B.-24-, in dem Tiegelboden --18-- ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 2 nicht gesondert dargestellt.
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--42- einen1. Der Temperaturbereich bewegt sich in dem oberen Bereich der Schmelze etwa zwischen 1300 und
1600 C.
2. Konstruktive Einzelheiten der Wärmerohre für den Einsatz gemäss 1 : a) Werkstoffe :
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<tb>
<tb> W <SEP> ärmetransport- <SEP>
<tb> Rohr <SEP> mittel <SEP> Bemerkungen
<tb> TZM <SEP> Li <SEP> TZM <SEP> = <SEP> Titan <SEP> + <SEP> Zirkon <SEP> + <SEP> Molybdän.
<tb>
Mo. <SEP> ist <SEP> sehr <SEP> günstig <SEP> und <SEP> kann <SEP> an <SEP> ausserhalb <SEP> der <SEP> Glasschmelze <SEP> befindlichen
<tb> Stellen <SEP> mit <SEP> einem <SEP> Schutzüberzug <SEP> versehen <SEP> werden.
<tb>
W <SEP> Pb <SEP> Nur <SEP> bei <SEP> Anordnung <SEP> des <SEP> Wärmerohres
<tb> NblZr <SEP> Li <SEP> ausserhalb <SEP> der <SEP> Glasschmelze, <SEP> also <SEP> z. <SEP> B.
<tb> in <SEP> der <SEP> Tiegelwand
<tb>
b) Die Wandstärke des Rohres des Wärmerohres kann verhältnismässig gering gehalten werden, da Li im
Arbeitstemperaturbereich gemäss 1 nur einen sehr niedrigen Dampfdruck aufweist. e) Als Werkstoff für die Kapillarstruktur wird in der Regel der Werkstoff des Rohres gewählt.
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mässig grosse Steighöhe des Wärmetransportmittels bei anders als waagrecht verlaufenden Wärmerohren aufweisen. Die Schmelzentiefen können bei Schmelztiegeln bis zu 1 m betragen.
3. Die Wärmerohre sind in der Lage, grosse Wärmeleistungen bei sehr kleinem Temperaturabfall zu trans- portieren. Mit Li als Wärmetransportmittel lassen sich rechnerisch z. B. bei 15000C axiale Wärmeströme bis zu 15 kW/cm2 erreichen.
4. Das Anfahren der Wärmerohre bereitet in keinem Fall Schwierigkeiten. Notfalls muss das Wärmerohr bis auf die Schmelztemperatur des Wärmetransportmittels vorgewärmt werden.