CN202281506U - 一种真空高温透明管式电炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种真空高温透明管式电炉。包括电炉底座，由内、外层石英管密封构成双层石英管炉体，双层石英管炉体安装在两侧的电炉挡板之间，电炉挡板固定在电炉底座上，外层石英管的内壁上镀有金属薄膜，外层石英管和内层石英管两端端口用石英片密封以固定内外两层石英管之间的空间，外层石英管及内层石英管之间为真空状态的封闭空腔；内层石英管内放置石英管炉膛，在围绕石英管炉膛的内层石英管的内壁上设置有发热元件，发热元件与外界电连接。本实用新型与现有的透明电炉相比，对流热损失更小、可以在更高温度下使用、镀层使用寿命更长。无需隔热保温材料、重量不到传统电炉的十分之一，升温和降温速度快，更节能环保。

Description

一种真空高温透明管式电炉

技术领域

本实用新型涉及生物能源转化和材料加工制备过程的加热装置技术领域，尤其涉及一种真空高温透明管式电炉。 

技术背景

目前，在生物能源转化、材料制备、晶体生长、金属熔化、气固流化等研究领域，在研究过程中物料通常是放在电炉等加热设备中处理，在加热过程中往往需要观察物料的形态变化，根据物料形态的变化可以及时精确调整和改变操作条件，才能获得良好的实验结果。但在现有的加热设备上，要想观察物料在加热过程中的变化，通常需要关闭电源打开设备进行查看，或者通过预留的观察孔进行观察，操作起来非常麻烦并且很难适时、准确观察物料的变化状态。因此，目前在上述研究领域中，往往无法在实验过程中对操作条件进行精确调整，而是通过对最终实验结果的分析，才在后续的研究中改变和调整操作条件，这会浪费研究人员大量的时间和精力。 

如果在实验过程中能适时观测到加热装置中的物料的形态变化，进而对实验操作条件进行精确调控，就可以解决上述问题。 

透明电炉最早由美国麻省理工学院林肯实验室的研究人员开发出样机，并申请了专利(US3626154)，用于研究晶体生长、材料熔化粘结等领域的课题研究。专利US3626154公开了一种透明电炉，该透明电炉主要有冷却套、镀金耐热玻璃管、高温电阻丝、石英管炉膛组成。外层耐热玻璃管内壁的一层黄金镀层使电炉内部电热丝所发出的绝大部分红外辐射热反射至炉膛内部而不散发出去，而可见光则可以顺利透过该镀层。因此，镀金耐热玻璃管起到了与传统电炉保温层相同的作用，同时有能确保在加热过程中清楚地观测到炉膛内部物料的变化形态。该电炉的电阻丝直接通过耐火材料固定在镀金耐热玻璃管与石英管炉膛之间的空间内，这样的构造无法避免镀金玻璃管和石英管炉膛之间的空气对流传热，外层耐高温玻璃管内壁的镀层直接受电阻丝辐射，所以，在使用过程中金属镀层的温度比较高，需要设置冷却套。随后，美国的Thermcraft公司采用麻省理工学院的技术开发出了可商业应用的透明电炉产品，并对电炉进行了改进，在镀金耐热玻璃管和发热电阻丝之间多加了一层石英管，以保护镀金层。但是，无论是Thermcraft公司，还是日本石川产业株式会社引进Thermcraft公司技术生产的透明电炉，其外层镀金石英管和内层石英管之间均没有进行抽真空处理。因此， 在加热过程中，两层石英管之间的空气会产生对流传热，这增加了电炉的热损失，使外层镀膜石英管暴露在较高的温度下，降低了镀膜的使用寿命。鉴于镀膜层对温度的耐受范围，使电炉无法在超过1000℃的温度下长期使用，限制了电炉的应用范围。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对国外现有的透明电炉存在的使用温度偏低、对流热损失大、运行过程中外壁表面温度偏高等问题，对现有的透明电炉进行改进，提供一种可在≥1000℃温度下长期使用、热损失较小的透明电炉。 

为实现以上目的，本实用新型采取了以下技术方案： 

一种真空高温透明管式电炉，包括电炉底座，由内、外层石英管密封构成双层石英管炉体，双层石英管炉体安装在两侧的电炉挡板之间，电炉挡板固定在电炉底座上。外层石英管的内壁上镀有金属薄膜。外层石英管和内层石英管两端端口用石英片密封以固定内外两层石英管之间的空间，所述外层石英管及内层石英管之间为真空状态的封闭空腔。内层石英管内可放置石英管炉膛，在围绕石英管炉膛的内层石英管的内壁上设置有发热元件，发热元件与外界电连接。 

石英管炉膛为可以取出的独立部件，其位于内层石英管内的中间部分为加热区域。石英管炉膛可以根据具体需要选用合适的长度，并且两端可以与不锈钢密封件、阀门等装置相连，来控制实验过程中石英管炉膛内的气氛、压力等参数。 

本实用新型的进一步改进是： 

为了防止电炉垂直放置使用时加热元件滑落堆积在一起造成短路，可在内层石英管的内壁上设置固定支架。加热元件两头分别从内层石英管两端引出，经连接元件接交流电源。 

外层石英管内壁金属薄膜的厚度可为10-120nm，优选为50-80nm。金属薄膜优选为镀金层。更厚的镀金层可以提高电炉的使用温度。内外两层石英管之间的空腔为真空可以减少和避免外层石英管和内层石英管之间孔隙的对流传热，降低电炉的热损失，同时使外层石英管在使用过程中保持较低温度。 

本实用新型无需保温材料，而是在电炉外层石英管内壁镀上一层金属薄膜，优选为镀金薄膜，镀金层具有反射红外光而允许可见光透过的特殊性能，从而使电阻丝产生的红外辐射热反射至电炉内部而不向外损失，同时又能在电炉外面清楚观测加热物料的变化。将放在透明石英管炉膛中的物料和样品置于透明电炉中进行热处理时，研究人员可以随时通过透明的电炉壁观测到反应器中的物料形态变化，为研究工作带来了极大的便利。另一方面，由于本 实用新型的透明电炉不需要传统电炉上使用的耐火材料和保温材料进行隔热保温，从而使电炉的重量大大降低，通常低于相同功率传统电炉的十分之一，特别适合于对设备重量要求非常严格的场所，如空间站、航天飞机等。 

本实用新型与传统电炉相比，具有如下优点：可以在加热过程中能用裸眼直接观测到样品的形态变化，电炉无需隔热保温材料、重量不到传统电炉的十分之一，升温和降温速度快，更节能环保。与国外现有的同类透明电炉相比，双层石英管之间采用抽真空处理，对流热损失更小、可以在更高温度下使用、在使用过程中石英管外表面温度低、镀层使用寿命更长。 

附图说明

图1为本实用新型的轴向剖面示意图； 

图2为两端电炉挡板结构示意图； 

图3为高温电阻丝结构示意图。 

附图标记说明：1-外层石英管，2-金属薄膜，3-内层石英管，4-高温电阻丝，5-石英管炉膛，6-电炉挡板，7-物料样品，8-电炉底座，9-电阻丝卡槽。 

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型的内容做进一步说明。 

如图1所示，本实用新型包括电炉底座8，由内层石英管3与外层石英管1密封构成双层石英管炉体，外层石英管1和内层石英管3两端端口用石英片密封以固定内外两层石英管之间的空间，外层石英管1及内层石英管3之间为真空状态的封闭空腔。双层石英管炉体安装在两侧的电炉挡板6之间，电炉挡板6固定在电炉底座8上，外层石英管1的内壁上镀有金属薄膜2，内层石英管3内可放置石英管炉膛5，在围绕石英管炉膛5的内层石英管3的内壁上设置有高温电阻丝4。 

石英管炉膛5为可以取出的独立部件，其位于内层石英管3内的中间部分为加热区域。石英管炉膛5可以根据具体需要选用合适的长度，并且两端可以与不锈钢密封件、阀门等装置相连，来控制实验过程中石英管炉膛内的气氛、压力等参数。 

高温电阻丝4可采用耐高温铬铝钴合金电阻丝或康泰尔合金电阻丝。如图3所示，将电阻丝绕成直径略小于内层石英管内径的螺旋形状，并紧贴内层石英管3内壁放置。根据电炉的尺寸和功率，可采用一组或多组高温电阻丝，并对每组电阻丝进行单独控制以便于调节温 度。为了防止电炉垂直放置使用时电阻丝滑落堆积在一起造成短路，在螺旋形电阻丝外围与轴向平行方向均匀焊接三根防止电阻丝滑落的固定支架。 

如图2所示，两端电炉挡板6上分别开有比外层石英管1外径稍大的圆孔以放置双层石英管炉体，并另设有电阻丝卡槽9。高温电阻丝4两头分别从内层石英管3两端引出，通过电阻丝卡槽9深入到电炉底座8下部，经连接元件接交流电源。 

实施例1： 

外层石英管1直径114mm、长508mm，金属薄膜2为厚度80nm的镀金层，内层石英管3直径64mm、长508mm，采用进口康泰尔电阻丝(Kanthal wires)，电阻丝直径2mm、功率4Kw，两端电炉挡板6高202mm、宽150mm、厚40mm，电炉底座8长610mm、宽213mm、高76mm，内外层石英管之间的空隙进行抽真空处理，相对真空度为-75KPa，选配智能温度控制柜。 

实施结果如下： 

室温至1000℃升温时间只需15分钟，可在1000℃下长期工作，最高使用温度可达1100℃，从1000℃降温至300℃只需20分钟，使用温度为1000℃时，外层石英管表面温度为280℃；当操作温度达到700℃以上时，电炉内部的加热物料清晰可见。 

实施例2： 

外层石英管1直径112mm、长508mm，金属薄膜2为厚度50nm的镀金层，内层石英管3直径42mm、长508mm，采用进口康泰尔电阻丝(Kanthal wires)，电阻丝直径1mm、功率3Kw，两端电炉挡板6高152mm、宽142mm、厚40mm，电炉底座8长610mm、宽213mm、高76mm，内外层石英管之间的空隙进行抽真空处理，相对真空度为-75KPa，选配智能温度控制柜。 

实施结果如下： 

室温至1000℃升温时间只需18分钟，可在950℃下长期工作，最高使用温度可达1000℃，从950℃降温至300℃只需20分钟，使用温度为900℃时，外层石英管表面温度为240℃；当操作温度达到700℃以上时，电炉内部的加热物料清晰可见。 

Claims (6)

1.一种真空高温透明管式电炉，包括电炉底座，由内、外层石英管密封构成双层石英管炉体，双层石英管炉体安装在两侧的电炉挡板之间，电炉挡板固定在电炉底座上，外层石英管的内壁上镀有金属薄膜，其特征在于：外层石英管和内层石英管两端端口用石英片密封以固定内外两层石英管之间的空间，所述外层石英管及内层石英管之间为真空状态的封闭空腔；内层石英管内放置石英管炉膛，在围绕石英管炉膛的内层石英管的内壁上设置有发热元件，发热元件与外界电连接。

2.如权利要求1所述的真空高温透明管式电炉，其特征在于：所述外层石英管内壁上镀有的金属薄膜为镀金层。

3.如权利要求1或2所述的真空高温透明管式电炉，其特征在于：所述外层石英管内壁上镀有金属薄膜的厚度为10-120nm。

4.如权利要求3所述的真空高温透明管式电炉，其特征在于：所述外层石英管内壁上镀有金属薄膜的厚度为50-80nm。

5.如权利要求1所述的真空高温透明管式电炉，其特征在于：在内层石英管的内壁上设置加热元件的固定支架。

6.如权利要求1或5所述的真空高温透明管式电炉，其特征在于：所述加热元件两头分别从内层石英管两端引出，经连接元件接交流电源。 

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