CN104651587A - 真空炉以及连续式真空炉 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种真空炉，包括：炉体，用于对真空腔进行真空处理的真空系统，和用于控制各真空腔内温度和/或真空度的控制系统；所述炉体包括设置在最外层的外腔，以及依次设置在外腔内部的一个以上的内腔。本发明实施例还提供了一种具有独立的双腔或多腔结构的连续式真空炉。本发明的真空炉和连续式真空炉采用独立的双腔或多腔结构，使各真空腔的气压逐渐变化，解决了单一真空腔因内外压差巨大而带来的密封困难，导致真空炉制作难度大、制作成本高等问题，特别适合于制造高真空、超高真空的真空炉。

Description

真空炉以及连续式真空炉

技术领域：

本发明涉及真空设备领域，尤其涉及一种真空炉以及连续式真空炉。

背景技术：

真空炉作为一种工业设备，在材料的热处理、加工、制备、烧结、焊接和镀膜等方面具有广泛的用途；但现有的真空炉在径向上只有一个真空腔，由于真空腔的内外压差很大，所以密封难度很高，不但制造成本高、工艺复杂，而且维护成本也很高；特别是高真空炉，其真空腔的气压低至10^-4Pa，而外部的大气压却高达10⁵Pa，两者相差10⁹倍，巨大的压差对真空腔的焊接成型、真空管道的连接、炉门的密封等提出了很高的要求，只要出现些微的渗漏，就难以达到所要求的真空度。

现有的连续式真空炉，由放片台、真空预抽室、真空焊接室、真空退火室、冷却室、取片台和中心控制系统等组合而成。现有的连续式真空炉有多个真空室组成，每个真空室在径向上只有一个真空腔，对于真空焊接室来说，其真空腔的气压只有0.1-0.001Pa，而外部的大气压高达10⁵Pa，两者相差10⁶-10⁸倍，巨大的压差对真空腔的焊接成型、真空管道的连接、炉门的密封提出了很高的要求，只要出现些微的渗漏，就难以达到所要求的真空度，所以制作难度很大、制作成本很高，一条连续式真空炉的造价高达数千万元。

发明内容：

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种具有独立的双腔或多腔结构的真空炉，以及具有独立的双腔或多腔结构的连续式真空炉。本发明的真空炉可以实现使得各真空腔的气压逐渐变化，解决了单一真空腔因内外压差巨大而带来的密封困难，解决了真空炉制作难度大、制作成本高等问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

根据本发明的一个实施例，提供了一种真空炉，包括：炉体，用于对真空腔进行真空处理的真空系统；所述炉体包括设置在最外层的外腔，以及依次设置在外腔内部的一个以上的内腔。

优选的，所述外腔和内腔相互独立；外腔及每个内腔的气压不同，从内到外气压依次升高；所述真空系统包括多个真空机组，所述外腔和内腔分别通过真空管与各自的真空机组连通，达到设定的真空度或气压。

优选的，所述外腔内的气压为1000Pa-0.1Pa，所述内腔内的气压为0.1Pa-0.0001Pa。

优选的，所述内腔内设置有加热体。设置加热体可以对腔内进行加热和保温。

优选的，所述加热体为红外加热体。红外加热体安装方便，应用广泛。

优选的，所述内腔内还设置有一至数层隔热屏。隔热屏可以对内腔进行保温隔热。

优选的，所述隔热屏为表面光洁的金属板，或者表面镀有低辐射膜，可以进一步提高隔热保温性能。

优选的，所述外腔和内腔的内表面为低辐射率表面或者表面镀有低辐射膜，可以进一步提高隔热保温性能。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种连续式真空炉，包括：上料台、真空预抽室、真空加热室、预冷室、冷却室和下料台，用于对真空腔进行真空处理的真空系统、和用于传送物料的传动系统；所述真空加热室的真空腔包括设置在最外层的外腔及依次设置在外腔内部的一个以上的内腔。

优选的，所述外腔和内腔相互独立，外腔及每个内腔的气压不同，从内到外气压依次升高；真空系统包括多个真空机组，每个真空机组通过真空管与相应的真空腔连通；外腔和内腔分别通过各自的真空机组达到设定的真空度或气压。

优选的，所述连续式真空炉还包括真空加压室，所述真空加压室的真空腔包括设置在最外层的外腔及依次设置在外腔内部的一个以上的内腔，外腔和内腔相互独立，外腔及每个内腔的气压不同，从内到外气压依次升高，使各真空腔的气压逐渐变化，解决了单一真空腔因内外压差巨大而带来的密封困难。

优选的，所述连续式真空炉的真空腔体内侧设置有加热体。设置加热体可以对腔内进行加热和保温。

优选的，所述加热体为红外加热体。红外加热体安装方便，应用广泛。

优选的，所述真空预抽室和预冷室可以是一至数个，可以实现气压和温度的逐渐变化。

优选的，所述外腔和内腔的内表面为低辐射率表面或者表面镀有低辐射膜，可以进一步提高隔热保温性能。

优选的，所述外腔内的气压优选为1000Pa-0.1Pa，所述内腔内的气压优选为0.1Pa-0.0001Pa。

优选的，所述内腔还设置有一至数层隔热屏，隔热屏可以对内腔进行保温隔热。

优选的，所述隔热屏为表面光洁的金属板，或者表面镀有低辐射膜，可以进一步提高隔热保温性能。

本发明的真空炉采用独立的双腔或多腔结构，使各真空腔的气压逐渐变化，解决了单一真空腔因内外压差巨大而带来的密封困难，导致真空炉制作难度大、制作成本高等问题，特别适合于制造高真空、超高真空的真空炉。本发明的真空炉将现有的单腔分为内外两个腔，由内腔和外腔共同分担原有的单腔的功能，使真空炉的制造成本更低、操控更简单、抽真空效果更好；如将加热体、隔热屏等均设置在外腔中，内腔只承担工件抽真空的功能，由于没有了加热体、隔热屏等放气的影响、再加上外腔低真空的保护，所以内腔很容易达到所需的高真空度。

附图说明：

图1为根据本发明实施例的真空炉横截面结构示意图；

图2为根据本发明实施例的连续式真空炉纵截面结构示意图；

具体实施方式：

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

本发明实施例，披露了一种双腔或多腔真空炉，包括炉体、真空系统和控制系统，炉体内含有两个及以上独立的真空腔，每个真空腔的气压不同，从内到外气压依次升高。真空系统用于调节腔内真空度或气压。设置一个或以上的内腔可以使真空腔的真空度依次变化，更容易达到很高的真空度，如设置外、中、内三腔，外腔用机械泵、真空度可达1-100Pa，中腔用机械泵+罗茨泵机组、真空度可达0.01-0.1Pa，内腔用机械泵+罗茨泵+扩散泵机组、真空度可达10-5Pa左右，每个腔与不同的真空泵(机组)相匹配，使内腔以最低的成本实现最高的真空度，一般设置2-3个腔即可。各腔的气压与所使用的真空泵(机组)相关联。

如图1所示，为根据本发明实施例的真空炉横截面结构示意图。真空炉的炉体由外腔1和内腔2组成；真空系统由真空管和真空泵机组组成。

其中，内腔2位于外腔1的内部，两个腔体相互独立。外腔1和内腔2通过支架通过焊接或螺丝连接等方式固定在底座上。外腔1和内腔2分别通过各自的真空管5与真空泵机组6连接，真空泵机组可以根据控制信号的要求工作，使得腔内达到设定的真空度(或气压)。外腔和内腔内的气压根据实际需求调整，外腔1内的气压优选为1000Pa-0.1Pa，内腔2内的气压优选为0.1Pa-0.0001Pa。

所述外腔和内腔的中心轴可以重合设置，也可以不互相重合。真空炉可以在保持内腔真空度不变的情况下通过调整外腔的气压达到保温或降温的目的，即当外腔的气压小于0.2Pa时，腔内的空气的传导传热和对流传热可以忽略不计，外腔内部有很好的保温效果；当外腔的气压大于1Pa时，此时空气的传导传热和对流传热明显，外腔内部有很好的降温效果。

内腔2或/和外腔1内可以设置有隔热屏3，隔热屏3要求表面辐射率低、耐高温、耐冷热急变、真空下放气量小或不放气、厚度薄，优选是表面光洁的金属材料。优选在隔热屏3表面镀有低辐射膜。隔热屏3可以根据需要设置成一至数层，层数越多，保温隔热的效果越好，炉内的温度越高、隔热屏的层数也越多，上千度的高温炉可有十几层。由于当气压低于0.2Pa时，空气的传导传热和对流传热可以忽略不计。所以当内腔2内的气压达到一定程度，低于0.2Pa时，内腔2内部就基本不会产生气体的热传导和热对流。这时，如果隔热屏3上设置有具有低辐射率的低辐射膜，就可以进一步提高隔热保温性能。

内腔2或/和外腔1的内表面也可以设置为低辐射率表面或镀有低辐射膜，这样可以使得内腔和外腔具有更好的隔热保温性能。

隔热屏3的内侧可以优选设置加热体4，用于控制内腔内部的温度以及升温速率和降温速率，加热体4为加热丝、带、管或棒等形状，可以安装在内腔2的内侧或外侧，也可以缠绕在内腔2的外表面上。如图1所示，加热体4可以有数个，数个加热体4可以环绕内腔2内部间隔一定距离分开设置；也可以将整个的环形加热体4设置在内腔2的内侧。加热体4可以使用电阻加热、红外加热等加热方式，在内腔2的外侧时优选电阻加热，在内腔2的内侧时优选红外线加热。

以制作真空玻璃为例，简述真空炉的使用过程如下：

第一步，根据所需要制作的真空玻璃的形状和大小切割所需尺寸的两块平板玻璃，若上玻璃或/和下玻璃上有封边沟槽，则在上玻璃或/和下玻璃上开设封边沟槽，并进行磨边、倒角，清洗、干燥处理；

第二步，若上玻璃或/和下玻璃上有封边条框，则在上玻璃或/和下玻璃封接面的周边制作封边条框；在两块处理后的玻璃中的至少一块上制备支撑物；当制作钢化真空玻璃时，则对两块玻璃分别进行钢化处理；

第三步，将第二步获得的下玻璃或两块玻璃的封接面周边均匀涂布密封材料，密封材料上均匀留有数个抽气孔，并将两块玻璃合片后送入真空炉的内腔2中；

第四步，关闭真空炉的炉门，使真空炉的内腔2和外腔1形成两个独立的密封腔，利用机械泵将外腔抽真空至100Pa以下、利用机械泵和罗茨泵组成的真空机组6将内腔2抽真空至0.1Pa以下；利用电加热体4对真空炉的内腔2进行加热，升温至密封材料的熔化温度以上，在重力或外加压力下使密封材料对真空玻璃的真空层进行密封；保温一定时间后，停止加热、随炉降温，密封材料将两块玻璃气密性地封接在一起，打开真空封边炉的炉门得到真空玻璃。

本发明的真空炉将现有的单腔分为内外两个腔，由内腔和外腔共同分担原有的单腔的功能，使真空炉的制造成本更低、操控更简单、抽真空效果更好；如将加热体、隔热屏等均设置在外腔中，内腔只承担工件抽真空的功能，由于没有了加热体、隔热屏等放气的影响、再加上外腔低真空的保护，所以内腔很容易达到所需的高真空度。

本发明的真空炉也可以根据需要在外腔的内部设置更多的内腔，但是每个真空内腔的气压不同，从内到外气压依次升高，内腔内的气压优选为0.1Pa-0.0001Pa。内腔和外腔优选设置在同一个中心轴上，也可以错开中心轴设置，保证外部的腔体包围内部的腔体即可。

本发明的真空炉由于采用独立的双腔或多腔结构，使各真空腔的气压逐渐变化，解决了单一真空腔因内外压差巨大而带来的密封困难，导致真空炉制作难度大、制作成本高等问题，特别适合于制造高真空、超高真空的真空炉。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种连续式真空炉，包括上料台、真空预抽室、真空加热室、预冷室、冷却室和下料台，用于对真空腔进行真空处理的真空系统、和用于传送物料的传动系统；所述真空加热室的真空腔包括设置在最外层的外腔及依次设置在外腔内部的一个以上的内腔。所述真空加热室的外腔和内腔相互独立，外腔和每个内腔的气压不同，从内到外气压依次升高；真空系统包括多个真空机组，每个真空机组通过真空管与相应的真空腔连通；外腔和内腔分别通过各自的真空机组达到设定的真空度(或气压)；各个真空室内设置电加热体。

当用于制备真空玻璃时，由于需要对真空玻璃进行碾压封边，所述连续式真空炉还可以包括真空加压室，所述真空加压室的真空腔包括设置在最外层的外腔及依次设置在外腔内部的一个以上的内腔，外腔和内腔相互独立，外腔及每个内腔的气压不同，从内到外气压依次升高。

如图2所示，连续式真空炉包括上料台7、真空预抽室8、真空加热室9、真空加压室10、预冷室11、冷却室12和下料台13，还包括真空系统、传动系统和控制系统；真空预抽室8和预冷室11的两端、真空加热室9和真空加压室10的相对端均设有炉门14，炉门14关闭后使真空预抽室8、预冷室11以及真空加热室9和真空加压室10成为独立的密封空间；真空加热室9和真空加压室10的真空腔由内外两个独立真空腔外腔1和内腔2组成，两个腔体相互独立。外腔1和内腔2通过支架通过焊接或螺丝连接等方式固定在底座上。真空系统由真空管5和真空泵机组6组成，用于调节腔内真空度或气压。

外腔1和内腔2分别通过各自的真空泵机组6达到设定的真空度(或气压)，外腔1内的气压优选为1000Pa-0.1Pa、内腔2内的气压优选为0.1Pa-0.001Pa。

内腔2内有隔热屏3，隔热屏3要求表面辐射率低、耐高温、耐冷热急变、真空下放气量小或不放气、厚度薄，优选是表面光洁的金属材料。优选在隔热屏3表面镀有低辐射膜。隔热屏3可以根据需要设置成一至数层，层数越多，保温隔热的效果越好，炉内的温度越高、隔热屏的层数也越多，上千度的高温炉可有十几层。由于当气压低于0.2Pa时，空气的传导传热和对流传热可以忽略不计。所以当内腔2内的气压达到一定程度，低于0.2Pa时，内腔2内部就基本不会产生气体的热传导和热对流。这时，如果隔热屏3上设置有具有低辐射率的低辐射膜，就可以进一步提高隔热保温性能。

内腔2或/和外腔1的内表面也可以设置为低辐射率表面或镀有低辐射膜，这样可以使得内腔和外腔具有更好的隔热保温性能。

各个真空室的内侧可以根据需要设置加热体4，以此控制物件的温度以及升温速率和降温速率，加热体4为加热丝、带、管或棒等形状，可以安装在内腔2的内侧或外侧，也可以缠绕在内腔2的外表面上。各个真空室的加热体4可以根据要求单独开始加热或者停止加热。这样可以实现对真空室内的物件的跟踪加热。加热体4可以有数个，数个加热体4可以环绕内腔2内部间隔一定距离分开设置；也可以将整个的环形加热体4设置在内腔2的内侧。加热体4可以使用电阻加热、红外加热等加热方式，在内腔2的外侧时优选电阻加热，在内腔2的内侧时优选红外线加热。

真空预抽室8和预冷室11可以是一至数个，可以实现气压和温度的逐渐变化。

各个真空室内的温度可以稳定在一设定值，为了降低各个真空室尤其是真空加热室9的整体温度，优选采用跟踪加热的方式，即被加热的物件运行到哪里，哪里的电加热体4工作，其余的电加热体4不工作。为了使被加热的物件受热均匀，被加热的物件在各个真空室内可以始终处于运动状态。冷却室12始终处于常压状态下，内设出风管16，通过风机17对被加热的物件进行风冷降温。

连续式真空炉的工作过程如下(以焊接真空玻璃为例)：

1)关闭所有炉门14，通过控制系统的计算机发出控制信号，控制真空系统中的真空泵机组以及加热体4对各个真空室进行加热升温和抽真空，使各个真空室达到所设定的基础温度和真空度，处于工作状态；

2)将焊料放置在下片玻璃的封边条框之间或封边凹槽内，上、下玻璃合片后通过人工或机械手置于上料台7上，打开真空预抽室8的进气开关，压力平衡后打开真空预抽室8的炉门，启动上料台7和真空预抽室8的辊道电机，将合片后的玻璃送入真空预抽室8中；关闭进气开关、关闭炉门；打开真空管道开关、抽真空；

3)真空预抽室8的真空度达到要求后关闭真空管道开关；打开真空加热室9的炉门14，同时启动真空预抽室8和真空加热室9的辊道电机，将玻璃送入真空加热室9中，关闭真空加热室9的炉门14；关闭真空预抽室8的辊道电机，将真空加热室9的辊道电机调整为慢速模式，在高真空下、玻璃缓慢前行、逐步加热至焊接温度，再运行至真空加压室10中进行加压和冷却；

4)焊料基本凝固后，打开真空加压室10的炉门14，同时启动预冷室11和真空加压室10的辊道电机，将玻璃送入预冷室11中，关闭真空加压室10的炉门；关闭真空加压室10的辊道电机，将预冷室11的辊道电机调整为慢速模式，在低真空下、玻璃缓慢前行、逐步降低温度和真空度，直至真空度降为零；打开预冷室11的炉门14，玻璃进入冷却室12中；

5)关闭预冷室11的炉门，将预冷室11抽真空至工作状态；关闭预冷室11的辊道电机，将冷却室12的辊道电机调整为慢速模式，打开风机17，在风冷状态下、玻璃缓慢前行、逐步降低温度，直至温度降至设定值后，玻璃进入下料台13，等待取走。

本发明实施例的连续式真空炉中的真空腔也可以根据需要在外腔的内部设置更多的内腔，但是每个真空内腔的气压不同，从内到外气压依次升高，内腔内的气压优选为0.1Pa-0.0001Pa。内腔和外腔优选设置在同一个中心轴上，也可以错开中心轴设置，外部的腔体包围内部的腔体。

本发明实施例的真空预抽室、真空加热室、真空预冷室、冷却室的各个真空腔都可以根据需要设置一个以上的内腔，与所要求的真空度有关，内腔越多、成本越高，在腔内气压小于0.1Pa时较有意义。

所述的真空预抽室和预冷室可以根据实际需要设置一个或者多个，可以实现气压和温度的逐渐变化。所述的上料台7、真空预抽室8、真空加热室9、真空加压室10、预冷室11、冷却室12和下料台13可以根据实际工序的需要安排设置的顺序，不一定按照图中的顺序安排。

本发明实施例的连续式真空炉由于采用独立的双腔或多腔结构，使各真空腔的气压逐渐变化，解决了单一真空腔因内外压差巨大而带来的密封困难，导致真空炉制作难度大、制作成本高等问题，特别适合于制造高真空、超高真空的真空炉。

真空炉的难点在于既要保证真空、又要保持高温，由于高温使密封材料的选择变的极为困难，因为常温下的有机材料无法用于高温密封；对于连续式真空炉来说，内部有传输辊道等运动的部件，运动部件在高温、高真空下的密封、润滑，是一个更加困难的问题；让真空炉内长期保持高温状态，不但会带来密封和润滑方面的难题，而且会浪费大量的能源和增加许多冷却装置。本发明实施例的连续式真空炉，采用跟踪加热的技术，只加热被加热的物体、而不加热炉体，不但降低了能耗，而且解决了炉体因受热膨胀变形带来的密封问题，还解决了传动系统的密封和润滑问题。

现有的连续式真空炉在焊接真空玻璃时有以下缺点：真空玻璃在真空炉内焊接在一起，由于不承受压力，所以上下两片玻璃很难与所有的支撑物紧密结合在一起，即不是所有的支撑物都能起到有效的支撑作用；当真空玻璃进入大气后，每平米承受10吨的压力，巨大的压力使两片玻璃相互靠近、直至支撑物发挥支撑作用为止，但由于玻璃的边部已被焊料固结、不能变形，所以在焊料焊接处会产生很大的应力；在真空玻璃的使用过程中，会附加温度变化和温差产生的应力、风压产生的应力以及外物碰撞产生的应力等；当焊接产生的应力与外加的应力大于玻璃能够承受的应力时，真空玻璃就会发生自爆或破裂。本发明的连续式真空炉，在生产真空玻璃时，由于增加真空加压室，通过上下辊道对玻璃的碾压，在焊料熔融软化情况下，使上下玻璃与支撑物紧密接触，达到与大气中相同的状态，在此状态下焊料逐渐凝固、焊接，从而减小或消除真空玻璃的封边应力。

根据本发明实施例的连续式真空炉，如果生产非真空玻璃时，因为不需要对物料进行碾压焊接，所以可以不设置加压室。根据本发明实施例的连续式真空炉还可以用于生产金属零部件等其他产品。

以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的进一步详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应该视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种真空炉，包括：炉体，用于对真空腔进行真空处理的真空系统，其特征在于，

所述炉体包括设置在最外层的外腔，以及依次设置在外腔内部的一个以上的内腔。

2.如权利要求1所述的真空炉，其特征在于，

外腔和内腔相互独立；

外腔及每个内腔的气压不同，从内到外气压依次升高；

所述真空系统包括多个真空机组，所述外腔和内腔分别通过真空管与各自的真空机组连通，达到设定的真空度或气压。

3.如权利要求1所述的真空炉，其特征在于，所述内腔内设置有加热体。

4.如权利要求1所述的真空炉，其特征在于，所述内腔内还设置有一至数层隔热屏。

5.一种连续式真空炉，包括：

上料台、真空预抽室、真空加热室、真空预冷室、冷却室和下料台，用于对真空室进行真空处理的真空系统、和用于传送物料的传动系统；

所述真空加热室包括设置在最外层的外腔及依次设置在外腔内部的一个以上的内腔。

6.如权利要求5所述的连续式真空炉，其特征在于，外腔和内腔相互独立，外腔及 每个内腔的气压不同，从内到外气压依次升高；

真空系统包括多个真空机组，每个真空机组通过真空管与相应的真空腔连通；外腔和内腔分别通过各自的真空机组达到设定的真空度或气压。

7.如权利要求5所述的连续式真空炉，其特征在于，所述连续式真空炉还包括真空加压室，所述真空加压室包括设置在最外层的外腔及依次设置在外腔内部的一个以上的内腔，外腔和内腔相互独立，外腔及每个内腔的气压不同，从内到外气压依次升高。

8.如权利要求5所述的连续式真空炉，其特征在于，所述连续式真空炉的真空室腔体内侧设置有加热体。

9.如权利要求5所述的连续式真空炉，其特征在于，所述真空预抽室和预冷室可以是一至数个。

10.如权利要求5或7所述的真空炉，其特征在于，所述内腔还设置有一至数层隔热屏。