DE2357535B2 - Hochtemperatur- Warmeisolation - Google Patents

Description

Zweck dieser Erfindung ist es, die Wirtschaftlichkeit der Hochtemperatur-Öfen, vorzugsweise Widerstandsöfen, bei Temperaturen über 2000⁰K zu erhöhen, die Temperaturgleichmäßigkeit zu verbessern und die obere Temperaturgrenze höher hinauszuschieben durch eine neue Anordnung des Metallfolie-Systems.

Es ist Stand der Technik, daß man mit Metallblechen wesentlich besser isolieren kann als mit Metallwolle oder mit Knitterfolie. Die neueren Erfindungen, z. B. in der US-Patentschrift 33 17 203,34 09 730, der deutschen Auslegeschrift 20 34 200 sowie in der GB-Patentschrift 10 47 753 lösen die Probleme der Hochtemperaturisolation durch Verwendung von Metallfolien. Das Gebiet ist auch wissenschaftlich erforscht, siehe R. P. TYE: »Thermal Conductivity, Academic Press London (1969) und C. K. Crawford: »High-Efficiency High Temperature Radiation He«.t-Shields« in the Journal of Vacuum Science and Technology, VoL 9, Nc. 1, pages 23 - 26. Die Folien sind im wesentlichen parallel mit der zu isolierenden Oberfläche angebracht, höchstens mit einer Abweichung von 20°. Bei allen bisherigen Lösungen ist irgendein Abstandshalter verwendet, der die Berührung der Folien miteinander verhindert Es sind dies in der US-PS 33 17 203 Ausdrückungen von eigenem Material, in der US-PS 34 09 730 Metallwolle, in der DE-AS 20 34 200 Keramikpulver, Keramikfasern oder Drähte, in der GB-PS 10 47 453 Keramikringe, in Crawford's Arbeit punktweise zugeschweißte und wellige Metall bänder.

Alle diese Lösungen basieren auf der Extrapolation der alltäglichen Erfahrung in das Hochtemperaturgebiet

Die Erfindung ist eine Folge der Auswertung eines Gedankenversuches, der in F i g. 1 dargestellt ist

Wie man entnehmen kann, ist die Wärmeleitung von Metallen nur im unteren Temperaturbereich maßgebend. Die öfen aber, die im unteren Bereich betrieben werden, sind normalerweise mit keramischen Fasern oder Ziegeln isoliert Um ein Zahlenbeispiel zu geben: Eine 0,05 mm starke MetalJfolien-lsolation, bestehend aus 50 Umwicklungen um einen Durchmesser von 200 mm mit einer Höhe von 200 mm ist 31,7 m lang mit einer Innentemperatur von 2800° K, und leitet nur 0,088 W heraus: (A„ - 1,1 W/Kcm).

0.05 χ 200 = 10 mm² = 0,1cm²

0.1 I W/Kcm 2500" K
3L70m

= 0,088 W

Bekanntlich liegen die nötigen Leistungen für diese öfen zwischen 10 und 100 kW, also beträgt dieser

Verlust nur 0,0001 % vom Gesamtverlust

Durch die Abstandshalter wird die Dicke der Isolation erhöht, d, h, die Außenoberfläche wird dadurch größer. Das bedeutet größeren Verlust, mehr Raumbedarf, teureren Kessel oder teurere Umhüllung, Der Ofen wird schwerer. Einige Abstandshalter sind nur bis zu einer oberen Temperaturgrenze einsetzbar, z. B. keramische Pulver oder Fasern, weil sie bei einer bestimmten Temperatur schmelzen oder katalytisch

ίο zerfallen. Diese Abstandshalter ziehen erfahrungsgemäß auch Schmutzteile auf sich. Typisch bei diesen Abstandshaltern ist es, daß die mit keramischem Pulver oder Fasern bestreute Seite der Folie nach kurzer Zeit stark verschmutzt ist, aber die andere Seite blank bleibt Diese keramischen Abstandshalter haben selbst einen Emissionsfaktor von ε » 0,5, die Metallfolien aber, auf die sie gestreut sind, einen solchen von ε » 0,1 bis 0,0Z Die Abstandshalter erhöhen also den Strahlungsverlust des Ofens, der 99,9999% des Gesamtverlustes im Vakuum ausmacht und verkleinern den Leistungsverlust der nur unwesentlich ist Erwähnenswert sind die der US-PS 33 17 203 ähnlichen Lösungen, wobei die Folie für einen Abstandshalter ausgestanzt ist also die Ausstrahlung des Ofenraumes einfach hindurch kann (ε « 1). Im Falle eines Vakuumofens erschwert die erhöhte Oberfläche die Entgasung.

Die Idee der Erfindung ist es, daß man die aufeinander gelegten Folien ohne Abstandshalter sich teilweise berühren oder sogar zusammensintern läßt Dabei entstehen thermische Kurzschlüsse. Diese sind jedoch uninteressant Die bereits funktionierende Lösung zeigt übereinstimmend mit dem Gesetz der Statistik, daß diese Kurzschlußstellen von sich aus verstreut entstehen. Die Wahrscheinlichkeit daß diese Stellen bei 50 Folien auf die gleiche Stelle fallen, ist praktisch gleich Null.

Es ist sogar praktisch unmöglich, daß auf eine Kurzschlußstelle eine dritte Folie gesintert wird, weil die Kurzschlußstelle die Nachbcrfolien überdurchschnittlich erwärmt, so daß sich diese überdurchschnittlich ausdehnen. Da die dritte Folie bereits durch (punktförmige) Zusinterungen fixiert ist ist die Reibungskraft auch beträchtlich, so daß sich die dritte Folie durchbiegt zwischen den Fixpunkten, also sich von der

Sinterstelle entfernt

Um die Rechnung zu erleichtern, sei angenommen, das jede Folie (Schicht) 10 Berührungslinien über die volle Breite hat Es ist praktisch unmöglich, da eine Zylinder- oder Plenfläche von dünnen Folien nicht

so hergestellt werden kann; in der Praxis gibt es nur punktförmige Berührungen. Dann entsteht nach dem thermischen Kirchhoff-Gesetz ein 10²-mal größerer Verlust Also erhöht sich in dem schon erwähnten Fall der Verlust von 0,088 W auf 8,8 W, er ist jedoch immer noch vernachlässigbar klein, nämlich 0,01% des Gesamtverlu.stes.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
In Fig.2 (A) ist ein Teil der Isolation zu sehen (Querschnitt), wobei mit 1 die Folie und mit 2 eine Berührung bezeichnet ist. Nach der ersten Aufheizung sieht die Isolation so aus, wie das aus F i g. 2 (B) zu ersehen ist. Die Folien biegen sich durch, es entstehen Sinterpunkte (bei unteren Temperaturen nur Berührungspunkte) statistisch verteilt und damit Zick-Zack-Wege nach außen, z. B. zwischen 3 und 4 mit stärket er Linie gezogen. Zur besseren Veranschaulichung wurde die Gesamtdicke der Isolation ungefähr verzehnfacht.

Die Vorteile der Folien-Höchteroperatur-Isolation sind: einfachar, billiger, leichter, schneller evakuierbar oder ausspQIbar, längere Lebensdauer, chemisch reiner (ohne Fremdmaterialien) mit einer Geschwindigkeit von J 000° K/Minute aufheizbar oder abkflhlbar, vor

allem aber; bis 3300" K verwendbar, mit nur 43 W/cm² Leistung (statt ca, 50 W/cm² beim Stand der Technik), auch bei 3300° K besser als 0,2 K/cm homogen im Temperaturfeld,

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch;

   Wärmeisolation, vorzugsweise über 2000° K zu benutzen, bestehend aus vielen im wesentlichen parallel mit der zu isolierenden Oberfläche angeordneten dünnen Metallfolien, dadurch gekennzeichnet, daß sich die einzelnen Folienstöcke teilweise metallisch berühren und daß sich zwischen den jeweils aus dem gleichen Metall gefertigten Folien Gas oder vorzugsweise Vakuum befindet