DE112018005977T5

DE112018005977T5 - Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff-Muffelstruktur für zylindrische Öfen

Info

Publication number: DE112018005977T5
Application number: DE112018005977.4T
Authority: DE
Inventors: Masaharu Tachibana; Akio Kamezaki; Hirotaka Nagao
Original assignee: CFC DESIGN Inc
Current assignee: Cfc Design Inc
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-08-06
Also published as: KR20200087246A; JP2019113211A; CN111492194A; JP6960845B2; KR102418743B1; WO2019124466A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Muffelstruktur für zylindrische Öfen (umfassend vertikale zylindrische Öfen und horizontale zylindrische Öfen) bereit, wobei die Struktur eine ausgezeichnete Haltbarkeit und eine geringe Wärmekapazität aufweist, keine großen Fertigungseinrichtungen erfordert und die Betriebskosten erheblich senken kann. Die Muffelstruktur für zylindrische Öfen hat einen polygonalen säulenförmigen Körper, umfasst eine Mehrzahl von Plattenelementen, die aus einem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind, und eine Mehrzahl von Verbindungselementen, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind, und wird durch Verbinden einer Mehrzahl der Plattenelemente mittels einer Mehrzahl der Verbindungselemente ausgebildet.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Muffelstruktur, die aus einem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt ist, für zylindrische Hochtemperaturöfen. Sie bezieht sich insbesondere darauf, dass die Muffelstruktur eine polygonale säulenförmige Struktur aufweist, die durch Verbindungsplattenelemente ausgebildet ist, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind.
Technischer Hintergrund der Erfindung
In zylindrischen Öfen (umfassend vertikale zylindrische Öfen und horizontale zylindrische Öfen), die eine Art von Wärmebehandlungsanlagen darstellen, und in Öfen mit indirekter Beheizung (auch „indirekt beheizte Öfen“ oder „Muffelöfen“ genannt) wird eine Trennwand (Muffel), die aus einem feuerfesten Werkstoff mit höherer Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist, zwischen einer Wärmequelle oder einem Heizelement und einer Heizkammer angeordnet.
Konventionell wurde ein Metallwerkstoff wie z.B. ein hitzebeständiger Stahl als Trennwandstruktur (Muffelstruktur) verwendet, da die Hitzebeständigkeit der metallischen Muffelstruktur jedoch nicht ausreicht und da der Wärmeausdehnungskoeffizient groß ist, wird die Metallmuffel durch die thermische Verformung während wiederholter Erwärmungs- und Abkühlungsprozesse stark verformt. Es besteht daher das Problem, dass die Metallmuffel einer langfristigen Nutzung nicht standhalten kann.
Daher wurde anstelle der metallischen Muffelstruktur eine Muffelstruktur verwendet, die aus einem Kohlenstoff- oder Graphitwerkstoff (im Folgenden zusammenfassend als „ein Graphitwerkstoff“ bezeichnet) hergestellt ist (siehe Patentdokument 1). Da der Graphitwerkstoff eine hohe Wärmebeständigkeit und chemische Stabilität sowie einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als metallische Werkstoffe aufweist, kann die Muffelstruktur aus dem Graphitwerkstoff wiederholt in Hochtemperaturumgebungen eingesetzt werden.
Da die Festigkeit und Steifigkeit des Graphitwerkstoffs jedoch nicht so hoch sind und da der Graphitwerkstoff spröde ist, besteht das Problem, dass es notwendig ist, den Graphitwerkstoff mit großer Dicke zu verwenden, um den Graphitwerkstoff als Muffelstruktur zu verwenden. Aus diesem Grund wird das Gewicht der Muffelstruktur sehr schwer, und die Wärmekapazität des Ofens wird übermäßig groß. Infolgedessen besteht das Problem, dass viel Wärmeenergie benötigt wird, um die Temperatur des Ofens selbst zu erhöhen, und die Wärmeeffizienz des Ofens stark reduziert wird.
Darüber hinaus sollte bei der Verwendung der Muffelstruktur aus dem Graphitwerkstoff in den zylindrischen Öfen die Muffelstruktur zylindrisch sein, und unter dem Gesichtspunkt der Eigenschaften (Festigkeit, Sprödigkeit) des Graphitwerkstoffs sollte die Muffelstruktur integral in die zylindrische Form gegossen werden. Denn da der Graphitwerkstoff eine unzureichende Festigkeit und Steifigkeit und Sprödigkeit aufweist, ist es schwierig, eine Muffelstruktur zu konstruieren, die eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit aufweist, selbst wenn sie als eine zylindrische Muffelstruktur durch mechanisches Verbinden mehrerer getrennter Teile des Graphitwerkstoffs konfiguriert ist.
Daher wird mit zunehmender Größe der zylindrischen Öfen die Wanddicke größer, und es wird ein großformatiger zylindrischer Graphit benötigt. Infolgedessen besteht das Problem, dass die Graphitherstellungsanlagen vergrößert werden müssen, was die Kosten für die Muffelstruktur erhöht.
Stand der Technik
Patentdokumente
Patentdokument 1: Japanische Patentschrift Nr. H9-101086
Zusammenfassung der Erfindungen
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf den oben beschriebenen technischen Hintergrund gemacht, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Muffelstruktur für zylindrische Öfen (umfassend vertikale zylindrische Öfen und horizontale zylindrische Öfen) bereitzustellen, wobei die Struktur eine ausgezeichnete Haltbarkeit und eine geringe Wärmekapazität aufweist, keine großen Herstellungsanlagen erfordert und die Betriebskosten erheblich senken kann.
Mittel zur Lösung der Probleme
Zur Lösung der oben erläuterten Probleme wurde eine Muffelstruktur für zylindrische Öfen entwickelt, die aus einem polygonalen säulenförmigen Körper besteht, der eine quasi-zylindrische Form aufweist. Die Muffelstruktur wird durch mechanisches Verbinden einer Mehrzahl von flachen Platten ausgebildet, die aus einem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind, der eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, hohe Festigkeit, hohe Steifigkeit und überlegene Zähigkeit aufweist und der die einfachste Grundform darstellt.
Das heißt, in der Erfindung gemäß dem ersten Aspekt umfasst eine Muffelstruktur für zylindrische Öfen:

eine Mehrzahl von Plattenelementen, die aus einem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind; und
eine Mehrzahl von Verbindungselementen, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind,
wobei die Muffelstruktur für zylindrische Öfen, wobei die Struktur aus einem polygonalen säulenförmigen Körper besteht, durch Verbinden einer Mehrzahl der Plattenelemente mittels einer Mehrzahl der Verbindungselemente ausgebildet ist.

In der Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt umfasst eine Muffelstruktur für zylindrische Öfen:

eine Mehrzahl von Schalenstrukturelementen; und
eine Mehrzahl von Verbindungselementen, die aus einem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind,
wobei eine Mehrzahl von Schalenstrukturelementen, die eine Schalenstruktur aufweist, die in einem Querschnitt eine Sparrenform aufweist, mittels starren Verbindens einer Mehrzahl von Plattenelementen ausgebildet ist, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind,
wobei die Muffelstruktur für zylindrische Öfen, wobei die Struktur aus einem polygonalen säulenförmigen Körper besteht, durch Verbinden einer Mehrzahl der Schalenstrukturelemente mittels einer Mehrzahl der Verbindungselemente ausgebildet ist.

In der Erfindung gemäß dem dritten Aspekt, die Muffelstruktur für zylindrische Öfen der Erfindungen gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt, besteht die Struktur aus einem polygonalen säulenförmigen Körper,
wobei sich die Plattendicke von mindestens einem von einer Mehrzahl der Plattenelemente von denen der anderen Plattenelemente unterscheidet.
In der Erfindung gemäß einem vierten Aspekt, die Muffelstruktur für zylindrische Öfen der Erfindungen gemäß einem des ersten bis dritten Aspekts, besteht die Struktur aus einem polygonalen säulenförmigen Körper,
wobei sich die Länge von mindestens einem von einer Mehrzahl der Plattenelemente in einer Umfangsrichtung des Querschnitts der Muffelstruktur von denen der anderen Plattenelemente unterscheidet.
Wirkungen der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung ist es durch die Verwendung der Muffelstruktur für zylindrische Öfen, die aus einem polygonalen säulenförmigen Körper mit der oben beschriebenen Konfiguration besteht, möglich geworden, eine Muffelstruktur für zylindrische Öfen bereitzustellen, die eine ausgezeichnete Haltbarkeit und eine geringe Wärmekapazität aufweist, keine großen Herstellungsanlagen erfordert und die Betriebskosten erheblich reduziert.
Da insbesondere die Muffelstruktur für zylindrische Öfen der vorliegenden Erfindung, wobei die Struktur aus einem polygonalen säulenförmigen Körper besteht, der eine quasi-zylindrische Form aufweist, durch Verwendung einer Mehrzahl der Plattenelemente, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind, und durch mechanisches Verbinden einer Mehrzahl der Plattenelemente mittels einer Mehrzahl der Verbindungselemente hergestellt ist, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind, kann die Muffelstruktur die Wärmebeständigkeit und die Formbeständigkeit des Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffs so nutzen, wie sie sind, und dann wird es möglich, die Muffelstruktur so herzustellen, dass sie eine ausgezeichnete Haltbarkeit aufweist.
Da der Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff die Eigenschaften hoher Festigkeit, hoher Steifigkeit und hoher Zähigkeit aufweist, kann die Muffelstruktur außerdem dünner und leichter hergestellt werden, und die Wärmekapazität der Muffelstruktur kann minimiert werden. Infolgedessen kann die thermische Trägheit des gesamten Ofenkörpers reduziert werden, und der thermische Wirkungsgrad des Ofenkörpers kann drastisch verbessert werden.
Da in der Muffelstruktur der vorliegenden Erfindung flache Platten, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind, als Hauptelemente verwendet werden, können vorhandene Fertigungseinrichtungen verwendet werden, und es sind keine großformatigen Fertigungseinrichtungen erforderlich.
In der Muffelstruktur der vorliegenden Erfindung wird es durch die oben beschriebenen Wirkungen möglich, nicht nur die Herstellungskosten der Muffelstruktur zu senken, sondern auch den Energieverbrauch des Ofenkörpers (Betriebskosten des Ofenkörpers) und die Reparaturkosten des Ofens (die Erneuerungskosten der Muffelstruktur) zu reduzieren.
Figurenliste

1 zeigt eine Muffelstruktur für zylindrische Öfen, die eine polygonale Säulenform aufweist, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Einzelnen ist 1 (a) eine perspektivische Ansicht der Muffelstrukturanordnung für die zylindrischen Öfen, die die polygonale Säulenform aufweist, 1 (b) eine Ansicht in Richtung des Pfeils X von 1 (a), und 1 (c) eine Ansicht in Richtung des Pfeils Y von 1 (a). Ferner ist 1 (d) eine perspektivische Explosionsansicht der Muffelstruktur für die zylindrischen Öfen, die die Form einer polygonalen Säule aufweist, 1 (e) eine Ansicht in Richtung des Pfeils X in 1 (d), und 1 (f) eine Ansicht in Richtung des Pfeils Y in 1 (d).
2 zeigt eine Muffelstruktur für zylindrische Öfen, die eine polygonale Säulenform aufweist, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Einzelnen ist 2 (a) eine perspektivische Ansicht der Muffelstrukturanordnung für die zylindrischen Öfen, die die polygonale Säulenform aufweist, 2 (b) eine Ansicht in Richtung des Pfeils X in 2 (a), und 2 (c) eine Ansicht in Richtung des Pfeils Y in 2 (a). Ferner ist 2 (d) eine perspektivische Explosionsansicht der Muffelstruktur für die zylindrischen Öfen, die die polygonale Säulenform aufweist, 2 (e) eine Ansicht in Richtung des Pfeils X in 2 (d), und 2 (f) eine Ansicht in Richtung des Pfeils Y in 2 (d).
3 zeigt eine Muffelstruktur für zylindrische Öfen, die eine polygonale Säulenform aufweist, gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Einzelnen ist 3 (a) eine perspektivische Ansicht der Muffelstrukturanordnung für die zylindrischen Öfen, die die polygonale Säulenform aufweist, 3 (b) eine Ansicht in Richtung des Pfeils X in 3 (a), und 3 (c) eine Ansicht in Richtung des Pfeils Y in 3 (a). Ferner ist 3 (d) eine perspektivische Explosionsansicht der Muffelstruktur für die zylindrischen Öfen, die die polygonale Säulenform aufweist, 3 (e) eine Ansicht in Richtung des Pfeils X in 3 (d), und 3 (f) eine Ansicht in Richtung des Pfeils Y in 3 (d).

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend wird die Muffelstruktur für die zylindrischen Öfen (umfassend einen vertikalen zylindrischen Ofen und einen horizontalen zylindrischen Ofen) der vorliegenden Erfindung erläutert, die aus einem polygonalen säulenartigen Körper ausgebildet ist und aus einem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt ist.
Ein Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff (auch als C/C-Verbundwerkstoff bezeichnet) ist ein faserverstärkter Verbundwerkstoff, bei dem Kohlenstofffasern, also Verstärkungsfasern, mit einer Graphit- oder Kohlenstoffmatrix verfestigt sind und der eine Festigkeit und Steifigkeit aufweist, die um ein Vielfaches höher ist als die von bestehenden Kohlenstoff- oder Graphitwerkstoffen, und der eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit besitzt. Da der Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff außerdem ein geringes spezifisches Gewicht und eine hohe Festigkeit und Steifigkeit (Elastizitätsmodul) aufweist, ist es auch als Werkstoff mit hoher spezifischer Festigkeit und hoher spezifischer Steifigkeit bekannt.
Ferner, da der Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, weist es thermische Stabilität auf, wenn es als ein Strukturbauteil verwendet wird, und, selbst wenn es wiederholt erhitzt und abgekühlt wird, hat es die Eigenschaft, dass es sich schwer verformen lässt.
In der Muffelstruktur der vorliegenden Erfindung werden hauptsächlich flache Platten aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff verwendet, in denen in zwei Richtungen in einer Ebene orientierte Kohlenstofffasern, in der Ebene zufällig orientierte Kohlenstofffasern (Kurzfasern) oder ein in Dickenrichtung laminiertes Gewebe aus Kohlenstofffasern (Leinwandbindung oder Satinbindung) verwendet werden können.
Ferner können hinsichtlich eines Verfahrens zum Herstellen des Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffs Herstellungsverfahren verwendet werden, die einen blechähnliches Zwischenwerkstoff verwenden, der kurze Kohlenstofffasern, Bindemittelpechpulver, Kokspulver und ein Bindemittel umfasst, zusätzlich zu einem Harzkohleverfahren, einem CVD-Verfahren und einem Herstellungsverfahren, das ein vorgeformten Garn usw. verwendet.
1 zeigt eine Muffelstruktur 10 für zylindrische Öfen, die eine polygonale Säulenform aufweist, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Muffelstruktur 10 ist aus acht Plattenelementen 11, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind, und acht Verbindungselementen 12 gebildet, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind.
Jedes Plattenelement 11 ist an seinen beiden Seitenenden durch die Verbindungselemente 12 und Befestigungselemente mit einem anderen verbunden. Die Verbindungselemente 12 dienen dazu, die Plattenelemente 11 an den Seitenenden benachbarter Plattenelemente 11 miteinander zu verbinden, und sind die sich in der axialen Richtung der Muffelstruktur 10 erstreckenden Teile. Die Querschnittsform der Verbindungselemente 12 kann z.B. eine Dreiecksform sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
Als Befestigungselemente zum Verbinden jedes Plattenelements 11 und jedes Verbindungselements 12 können z.B. Schrauben/Muttern verwendet werden, die aus einem hitzebeständigen Stahl hergestellt sind, oder Schrauben/Muttern verwendet werden, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind.
Ferner können die Schrauben/Muttern und ein hitzebeständiger Kleber (z.B. Keramikkleber) in Kombination verwendet werden, oder der hitzebeständige Kleber kann allein verwendet werden. Wenn die Schrauben/Muttern als die Befestigungselemente verwendet werden, können am verbundenen Abschnitt eines Plattenelements 11 und eines Verbindungselements eine oder mehrere Reihen verwendet werden, die mehrere Befestigungspunkte entlang der Mittelachse der Muffelstruktur zum Befestigen dieser aufweisen.
Durch das Konstruieren der Muffelstruktur, wie oben erläutert, ist es möglich, die Muffelstruktur so herzustellen, dass sie eine quasi-zylindrische Form entlang der Innenseite des zylindrischen Ofens aufweist. Die hier beschriebene Muffelstruktur 10 ist ein Beispiel für die Muffelstruktur der vorliegenden Erfindung, wobei die Anzahl und die Größe der Plattenelemente 11 und der Verbindungselemente 12 frei wählbar sind.
2 zeigt eine Muffelstruktur 20 für zylindrische Öfen, die eine polygonale Säulenform aufweist, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Muffelstruktur 20 ist aus vier Sätzen von Schalenstrukturelementen 100, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind, und vier Verbindungselementen 22 gebildet, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind.
Das Schalenstrukturelement 100 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst zwei Plattenelemente 21, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind, und ein starres Verbindungselement 23, das aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt ist. Das starre Verbindungselement 23 wird zum starren Verbinden zweier aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellter Plattenelemente 21 verwendet, die in einem vorbestimmten Winkel aneinanderstoßen, und erstreckt sich in der axialen Richtung der Muffelstruktur 20.
Die Querschnittsform des starren Verbindungselements 23 des Schalenstrukturelements 100 kann z.B. eine Dreiecksform sein, die der des Verbindungselements 22 entspricht, ist aber nicht darauf beschränkt. Um die zwei Plattenelemente 21 mittels des starren Verbindungselements 23 starr zu verbinden, ist es ferner wünschenswert, das starre Verbindungselement 23 breiter auszubilden als das Verbindungselement 22. Ferner kann, wie in 2 dargestellt, das starre Verbindungselement 23 eine oder mehrere Versteifungen 23-1 aufweisen, die sich in der Umfangsrichtung erstrecken.
Als Befestigungselemente zum Verbinden der zwei Plattenelemente 21 mit dem starren Verbindungselement 23 und den Versteifungen 23-1 können z.B. die Schrauben und Muttern verwendet werden, die aus dem hitzebeständigen Stahl hergestellt sind, oder auch die Schrauben und Muttern verwendet werden, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind.
Um die Verbindung zwischen den zwei Plattenelementen 21 und dem starren Verbindungselement 23 und den Versteifungen 23-1 steifer zu gestalten, können auch die Schrauben und Muttern und der hitzebeständige Kleber (z.B. Keramikkleber) in Kombination verwendet werden. Wenn die Schrauben und Muttern als die Befestigungselemente verwendet werden, können am verbundenen Abschnitt eines Plattenelements 21 und eines starren Verbindungselements 23 eine oder mehrere Reihen verwendet werden, die mehrere Befestigungspunkte entlang der Mittelachse der Muffelstruktur zum Befestigen dieser aufweisen. Das so konstruierte Schalenstrukturelement 100 weist eine bergähnliche Querschnittsform (Dreiecks- und Sparrenform) auf.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Konstruieren der Muffelstruktur 20 durch Verbinden der vier Sätze von Schalenstrukturelementen 100 und der vier Verbindungselemente 22 nachfolgend erläutert. Jedes Schalenstrukturelement 100 wird mit dem Verbindungselement 22 mit Hilfe der Befestigungselemente an beiden Seitenenden der Schalenstrukturelemente 100 verbunden. Die Verbindungselemente 22 sind die Teile zum Verbinden der Schalenstrukturelemente 100 miteinander an den Seitenenden der Plattenelemente 21 der benachbarten Schalenstrukturelemente 100, und sind die sich in der axialen Richtung der Muffelstruktur 20 erstreckenden Teile. Das Verbindungselement 22 kann das gleiche sein wie das in der Muffelstruktur 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendete Verbindungselement 12.
Als Befestigungselemente zum Verbinden der einzelnen Schalenstrukturelemente 100 und des Verbindungselementes 22 können z.B. die Schrauben und Muttern verwendet werden, die aus dem hitzebeständigen Stahl hergestellt sind, oder auch die Schrauben und Muttern verwendet werden, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind.
Ferner können die Schrauben und Muttern und der hitzebeständige Kleber (z.B. Keramikkleber) in Kombination verwendet werden, oder der hitzebeständige Kleber kann allein verwendet werden. Im Falle eines Verwendens der Schrauben und Muttern als die Befestigungselemente kann das Verfahren zum Anordnen der Schrauben und Muttern ähnlich dem in dem ersten Ausführungsbeispiel erläuterten verwendet werden.
Durch die Konstruktion der Muffelstruktur 20, wie oben erläutert, ist es möglich, die Muffelstruktur 20 so herzustellen, dass sie eine quasi-zylindrische Form entlang der Innenseite des zylindrischen Ofens aufweist. Da bei der hier erläuterten Muffelstruktur 20 vier Sätze von Schalenstrukturelementen 100 miteinander verbunden sind und da die zwei Plattenelemente 21 in jedem Schalenstrukturelement 100 durch das starre Verbindungselement 23 fest (starr) fixiert sind, hat der Querschnitt der Muffelstruktur 20 vier Ecken, d.h. er hat mechanische Eigenschaften, die der tetragonalen Struktur entsprechen, und weist eine ausgezeichnete strukturelle Stabilität auf.
Obwohl erläutert wurde, dass die Muffelstruktur 20 durch ein Verbinden von vier Sätzen von Schalenstrukturelementen 100 konstruiert wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann die Muffelstruktur 20 durch Verbinden von drei Sätzen von Schalenstrukturelementen 100 und drei Verbindungselementen 22 konstruiert werden.
In diesem Fall weist der Querschnitt der Muffelstruktur 20 drei Eckabschnitte auf, d.h. sie hat mechanische Eigenschaften, die der Dreiecksstruktur entsprechen, und weist darüber hinaus eine ausgezeichnete strukturelle Stabilität auf.
3 zeigt eine Muffelstruktur für zylindrische Öfen, die eine polygonale Säulenform aufweist, gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Muffelstruktur 30 ist aus drei Sätzen von Schalenstrukturelementen 200, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind, und drei Verbindungselementen 32 gebildet, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind.
Das Schalenstrukturelement 200 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist aus drei Plattenelementen 31, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind, und zwei starren Verbindungselementen 33 gebildet, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind. Das starre Verbindungselement 33 ist das Teil zum starren Verbinden zweier benachbarter aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellter Plattenelemente 31, die in einem vorbestimmten Winkel aneinanderstoßen, und ist das sich in der axialen Richtung der Muffelstruktur 30 erstreckende Teil.
Die Querschnittsform des starren Verbindungselements 33 des Schalenstrukturelements 200 kann z.B. eine Dreiecksform sein, die der des Verbindungselements 32 entspricht, ist aber nicht darauf beschränkt. Um die zwei benachbarten Plattenelemente 31 mittels des starren Verbindungselements 33 starr zu verbinden, ist es ferner wünschenswert, das starre Verbindungselement 33 breiter auszubilden als das Verbindungselement 32. Ferner kann das starre Verbindungselement 33, wie in 3 dargestellt, eine oder mehrere Versteifungen 33-1 aufweisen, die sich in der Umfangsrichtung erstrecken, und die Versteifungen 33-1 können zwei benachbarte starre Verbindungselemente 33 kreuzen.
Als Befestigungselemente zum Verbinden der drei Plattenelemente 31 mit den zwei starren Verbindungselementen 33 und den Versteifungen 33-1 können z.B. die Schrauben und Muttern verwendet werden, die aus dem hitzebeständigen Stahl hergestellt sind, oder auch die Schrauben und Muttern verwendet werden, die aus den Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen hergestellt sind.
Um die Verbindung zwischen den drei Plattenelementen 31 und den zwei starren Verbindungselementen 33 und den Versteifungen 33-1 starrer zu gestalten, können auch die Schrauben/Muttern und der hitzebeständige Kleber (z.B. Keramikkleber) in Kombination verwendet werden. Wenn die Schrauben und Muttern als die Befestigungselemente verwendet werden, können am verbundenen Abschnitt eines Plattenelements 31 und eines starren Verbindungselements 33 eine oder mehrere Reihen verwendet werden, die mehrere Befestigungspunkte entlang der Mittelachse der Muffelstruktur zum Befestigen dieser aufweisen. Das auf diese Weise konstruierte Schalenbauelement 200 hat eine Querschnittsform wie ein Berg (eine trapezförmige bergähnliche Form).
Als nächstes wird ein Verfahren zum Konstruieren der Muffelstruktur 30 durch Verbinden der drei Sätze von Schalenstrukturelementen 200 und der drei Verbindungselemente 32 erläutert. Jedes Schalenstrukturelement 200 wird mittels der Befestigungselemente an beiden Seitenenden des Schalenstrukturelements 200 mit dem Verbindungselement 32 verbunden. Das Verbindungselement 32 wird zum Verbinden der Seitenenden der Plattenelemente 31 jedes Schalenstrukturelements 200 miteinander verwendet und erstreckt sich in der axialen Richtung der Muffelstruktur 30. Das Verbindungselement 32 kann das gleiche sein wie das gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in der Muffelstruktur 10 verwendete Verbindungselement 12.
Als Befestigungselemente zum Verbinden jedes Schalenstrukturelements 200 und des Verbindungselements 32 können z.B. die Schrauben und Muttern verwendet werden, die aus dem hitzebeständigen Stahl hergestellt sind, oder auch die Schrauben und Muttern verwendet werden, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind.
Ferner können die Schrauben und Muttern und der hitzebeständige Kleber (z.B. Keramikkleber) in Kombination verwendet werden, oder der hitzebeständige Kleber kann allein verwendet werden. Im Falle eines Verwendens der Schrauben und Muttern als Befestigungselemente kann das Verfahren zum Anordnen der Schrauben und Muttern ähnlich dem in dem ersten Ausführungsbeispiel erläuterten verwendet werden.
Durch die Konstruktion der Muffelstruktur 30, wie oben erläutert, ist es möglich, die Muffelstruktur 30 so herzustellen, dass sie eine quasi-zylindrische Form entlang der Innenseite des zylindrischen Ofens aufweist. Da bei der hier erläuterten Muffelstruktur 30 drei Sätze von Schalenstrukturelementen 200 miteinander verbunden sind und da die drei Plattenelemente 31 in jedem Schalenstrukturelement 200 durch das starre Verbindungselement 33 fest (starr) fixiert sind, hat der Querschnitt der Muffelstruktur 30 drei Ecken, d.h. er hat mechanische Eigenschaften, die der Dreiecksstruktur entsprechen, und weist eine ausgezeichnete strukturelle Stabilität auf.
Obwohl die Muffelstruktur 30 als durch Verbinden von drei Sätzen von Schalenstrukturelementen 200 konstruiert erläutert wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann die Muffelstruktur 30 durch Verbinden von vier Sätzen von Schalenstrukturelementen 200 und vier Verbindungselementen 32 konstruiert werden.
In diesem Fall weist der Querschnitt der Muffelstruktur 30 vier Ecken auf, d.h. er hat mechanische Eigenschaften, die der tetragonalen Struktur entsprechen, und weist eine ausgezeichnete strukturelle Stabilität auf.
In den Figuren der Muffelstrukturen 10, 20 und 30 gemäß den oben erläuterten ersten bis dritten Ausführungsbeispielen sind die Plattendicken und die Umfangslängen (Breitenmaße) der in den Muffelstrukturen 10, 20 und 30 verwendeten Plattenelemente 11, 21 und 31 gleich. Sie sind jedoch nicht darauf beschränkt. Die Plattendicken und/oder die Umfangslängen in dem polygonalen Querschnitt bei mindestens einem einer Mehrzahl der Plattenelemente 11, 21 und 31 können sich von denen der anderen Plattenelemente 11, 21 und 31 unterscheiden.
Mit dem oben erläuterten Verfahren können die Muffelstrukturen 10, 20 und 30 in der Umfangsrichtung der polygonalen Querschnitte der Muffelstrukturen 10, 20 und 30 einer asymmetrischen Belastung standhalten, die auf die Muffelstrukturen 10, 20 und 30 wirkt, indem die Dicken der Plattenelemente 11, 21 und 31 so verändert werden, dass die Festigkeit eines Teils der Fläche der Muffelstrukturen 10, 20 und 30 erhöht wird. Oder es ist möglich, Interferenzen der Struktur usw., die außerhalb der Muffelstrukturen 10, 20 und 30 und innerhalb der zylindrischen Öfen vorhanden sind, zu vermeiden, indem die polygonale Form im Querschnitt zu einem gewissen Grad abgeflacht wird, indem die Umfangslängen in dem polygonalen Querschnitt der Plattenelemente 11, 21 und 31 geändert werden.
Bezugszeichenliste

10, 20, 30: eine Muffelstruktur
11, 21, 31: ein Plattenelement
12, 22, 32: ein Verbindungselement
23, 33: ein starres Verbindungselement
23-1, 33-1: eine Versteifung
100, 200: ein Schalenstrukturelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP H9101086 [0008]

Claims

Muffelstruktur für zylindrische Öfen, umfassend: eine Mehrzahl von Plattenelementen, die aus einem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind; und eine Mehrzahl von Verbindungselementen, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind, wobei die Muffelstruktur für zylindrische Öfen, wobei die Struktur aus einem polygonalen säulenförmigen Körper besteht, durch Verbinden einer Mehrzahl der Plattenelemente mittels einer Mehrzahl der Verbindungselemente ausgebildet ist.
Muffelstruktur für zylindrische Öfen, umfassend: eine Mehrzahl von Schalenstrukturelementen; und eine Mehrzahl von Verbindungselementen, die aus einem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind, wobei die Mehrzahl von Schalenstrukturelementen, die eine Schalenstruktur aufweisen, die in einem Querschnitt eine Form wie ein Berg aufweist, mittels starren Verbindens einer Mehrzahl von Plattenelementen ausgebildet ist, die aus dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff hergestellt sind, wobei die Muffelstruktur für zylindrische Öfen, wobei die Struktur aus einem polygonalen säulenförmigen Körper besteht, durch Verbinden einer Mehrzahl der Schalenstrukturelemente mittels einer Mehrzahl der Verbindungselemente ausgebildet ist.
Muffelstruktur für zylindrische Öfen, wobei die Struktur aus einem polygonalen säulenförmigen Körper besteht, gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei sich die Plattendicke von mindestens einem einer Mehrzahl der Plattenelemente von denen der anderen Plattenelemente unterscheidet.
Muffelstruktur für zylindrische Öfen, wobei die Struktur aus einem polygonalen säulenförmigen Körper besteht, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich eine Länge von mindestens einem einer Mehrzahl de Plattenelemente in einer Umfangsrichtung des Querschnitts der Muffelstruktur von denen der anderen Plattenelemente unterscheidet.