DE2530851C2 - Heizvorrichtung zur Erzeugung eines heißen Gasstrahls - Google Patents

Description

nicht verändert werden, wie es manchmal erforderlich ist, dies gemäß der Art des Gases auszuführen, ohne die ganze Anordnung der Vorrichtung zu wechseln. Es ist tatsächlich sehr schwierig, ein abnehmbares Teil an einem Wolframrohr zu befestigen, das wegen der extremen Brüchigkeit des Wolframs sehr schwierig zu bearbeiten ist. Überdies kann der unter Vakuum gesetzte rohrförmige Behälter vor allem bei hoher Temperatur nur ziemlich geringe Drücke aushalten. Derartige Systeme können nicht für Generatoren von Molekularstrahlen verwendet werden, die mit einem sehr hohen Erzeugungsdruck in der Höhe von 10⁴ Torr arbeiten.

Aus der US-PS 32 70 182 ist eine Heizvorrichtung zur Erzeugung eines heißen Fluids bekannt, bei der das zu heizende Fluid, z. B. ein Gas oder ein Dampf, im Gegenstrom an einem Heizelement vorbeigeführt v.„^. Diese Vorrichtung weist ein Gehäuse mit einer Au^trittsöffnung für den aufgeheizten Fluidstrahl auf. in dem in Strahlrichtung gesehen vor der Au-*.* utsöf f nung gelege-' _nen Raum kühlt sich das Fluid ri. .-.er· Kontakt mit den -nicht geheizten Wänden afc, 'wodurch die Temperatur ILdes austretenden Strahls gesenkt wird, was gleichzeitig ^Zu einer Verminderung der zur Temperatur proportior nalen Geschwindigkeit des Fluidstrahls führt

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu-

zgrunde, eine gattungsgemäße Heizvorrichtung so wei- - ~terzuentwicke!n, daß beim Umlauf der Gasströmung in Nähe des Austritts der Gase eine Kombination eines Temperatureffekts mit einem Pumpeffekt ermöglicht wird, wodurch die der Quadratwurzel der absoluten

^Temperatur proportionale Geschwindigkeit des Strahls "beträchtlich erhöht wird

Diese Ausgabe wird anspruchsgemäß gelöst

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der errindungsgemäßen Heizvorrichtung beschrieben.

Das rohrförmige Heizelement besteht aus Wolfram oder Graphit oder jedem anderen Widerstandselement mit hohem Schmelzpunkt das gegenüber dem Gas oder der heißen Mischung inert ist ζ. Β aus Tantal, Molybdän, Niob, Rhenium usw.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht des betrachteten Heizofens;

Fig.2 einen Längsschnitt des Heizelements, der Wärmeschilde und der Kühlvorrichtungen ein Graphitelement verwendenden Heizofens nac! der Erfindung;

F ä g. 3 einen Längsschnitt einer vorteilhaften Ausführungsform eines ein Wolframelement verwendenden Heizofens nach der Erfindung.

In F i g. 1 ist ein tragendes Gehäuse 1 dargestellt, in dem ein Heizofen 2 angebracht ist dessen Einzelheiten in Verbindunj mit F i g. 2 und 3 erklärt werden. Dieses Gehäuse 1 ist an seinem in der Zeichnung rechten Ende von einem isolierenden Flansch 3 verschlossen, der das Cnjlo dCw Uai-jAfonc ''J *ftiett A η toindm linlrc aa\acretnar\ Ende weist das Gehäuse 1 eine rohrförmige Verlängerung 4 auf. Die Verlängerung 4 durchquert eine Hülse 6, die mit einer Wand 5 eines das Gehäuse 1 enthaltenden Vakuumbehälters fest verbunden ist. Die Wand 5 und die Hülse 6 sind in Fig. 1 strichpunktiert dargestellt. Die frphrförmige Verlängerung 4 ist an ihrem dem Gehäuse ί gegenüberliegenden Ende fest mit einer hohlen Buchse 7 verbunden, die mittels einer Mutter 8 am Ende der Verlängerung 4 festgelegt ist. Die Buchse 7 weist eine Verschiußplatte 9 aus elektrisch isolierendem Material auf, die durch Schrauben IO mit dieser Buchse fest verbunden ist Die Buchse 7 weist in ihrer Seitenwand eine Öffnung 11 auf, die das Einleiten einer Druckgasströmung in die rohrförmige Verlängerung 4, durch deren Ende und in das Gehäuse 1 ermöglicht Die Druckgasströmung ist beim betrachteten Beispiel, bei dem dei Heizofen nach der Erfindung an einem Gerät zum Erzeugen eines Gasstrahls verwendet wird, ein reines Gas, ein in einem leichten Gas verdünntes Gas oder ein Gasgemisch. Das durch die öffnung 11 in die Buchse 7 eingeführte Gas durchströmt somit einen Ringraum 12 zwischen der Innenwand der Verlängerung 4 und einem Metallrohr 13, das dazu dient dem später beschriebenen Widerstands-Heizelement des Heizofens den erforderlichen elektrischen Strom zuzuführen. Das Rohr 13 ist an seinem in der Zeichnung linken Teil fest mit einer Hülse 14 verbunden, die die Verschlußplatte 9 durchquert, die die Buchse 7 abschließt und in der Weise angeordnet ist daß sie leicht die eventuellen Wärmedehnungsunterschiede zwischen dieser Buchse 7 und dem Rohr 13 aufnehmen kann, und zwar dank eines Federelemer.is 15 zwischen der Verschiußplatte 9 und einem Bund 16 der Hülse 14. Ein; Dichtung 17 ermöglicht das Verschieben der Hülse 14, ohne die Abdichtung gi. sinüber dem Innenraum der Buchse 7 zu unterbrechen. Ir ι Rohr 13 ist ein koaxiales zweites Rohr 18 angebracht das seinerseits von einem Kabel 19 durchquert wird, des mit einer in F i g. 1 nicht dargestellten Thermoelementsonde vereinigt ist ■ -ie eine Kontrolle in der Weise, daß bestimmte Punkte, die ohne Zerstörungsgefahr des Heizofens nicht erhitzt werden könnten, sicher auf etwa 200⁰C nicht überschreitenden Temperaturen bleiben.

Die Stromzuführung erfolgt über eine Leiterlitze 20, die an das Ende der Hülse 14 angeschlossen ist die ihrerseits in elektrischer Berührung mit dem Rohr 13 steht Um schließlich die innere Kühlung des Rohrs 13 zu ermöglichen, wird ein zwischen dem Rohr 13 und dem Rohr 18 begrenzter Ringraum 21 von Kühlwasser durchströmt Dieses Kühlwasser wird in das Gerät über einen an der Hülse 14 befestigten Anschluß 22a eingeführt tritt im Rohr 18 durch an dessen entgegengesetztem Ende vorgesehene öffnungen 23 aus und Aehrt dann zur Hülse 14 zurück, um aus diesem über einen zweiten Anschluß 226 auszutreten. Isolierende Ringe 4a sind vorteilhaft zwischen dem Rohr 13 und der rohrförmigen Verlängerung 4 angebracht die ihrerseits zusammen mit dem Gehäuse 1 geerdet ist. Der Verlauf des Gases folgt dem Pfeil 200.

Fig.2 zeigt in größerem Maßstab die Einzelheiten des das Erhitzen des Gases ausführenden Heizofens 2.

Dieser Heizofen setzt sich hauptsächlich aus einem Widerstands-Heizelement zusammen, das aus einem Graphitrohr 24 besteht auf dessen Außenseite eine Spirale bzw. ein schraubenförmiger Vorsprung 25 angeordnet ist. Außerhalb des Rohrs 24 ist koaxial zu diesem ein zweues Rohr 26 aus Grapiiit angebracht dessen Verlängerung '>'·' mit einem spitz profilierten Teil 27a endet, der unter Zeⁿ*^rie^riJ^r!^iT de^r R^ih¹"** 94 uⁿd 2^* *ⁿ ^m* kr»nj. sche Ausnehmung 13a eines Teils i3b eingreifen kann, das am Ende des Rohrs 13 befestigt ist und mit dem das koaxial hierzu ar gebrachte weitere Rohr 18 fest verbunden ist Das Graphitrohr 24 weist an seinem rechts gelegenen Ende einen Kopf 28 mit einer Quererweiterung auf, die entlang ihrer Achse durch ein kleines Graphitrohr 29 verlängert wird. In dieses Rcbr strömt das aus dem Rohr 24 austretenden Gas, nachdem es zuerst in einem schraubenförmigen Zwischenraum zwischen dem Rohr 24 und der Innenwand des das Rohr 24 umgebenden Rohrs 26 umgelaufen ist, und strömt dann im

5 6

umgekehrten Sinn in den inneren Teil 32 des Rohrs 24, nen unabhängig ist und im wesentlichen ein geschlosse-

wobei die Bereiche 31 und 32 aufgrund von Durchtritts- nes Gehäuse 57 aufweist, das gegenüber dem Rohr 34

löchern 33 durch die Oberfläche des Rohrs 24 mheinan- mittels eines Bundes 58 positioniert ist, der an einem

der in Verbindung stehen. Vorsprung 59 dieses Rohrs 34 anliegt Der innere Be-

Auch noch koaxial zu den Rohren 24 und 26 enthält 5 reich 60 dieses Gehäuses 57 wird überdies von einem das Gerät ein drittes Rohr 34, dessen dem Kopf 28 ent- Aufsatz bzw. Deckel 62 mit einer Austrittsöffnung 63 für gegengesetzte Verlängerung fest mit einem das ent- 'den erzeugten Gasstrahl begrenzt Die Speisung des sprechende Ende der Rohre 13 und 18 teilweise umge- !Bereichs 60 mit Wasser erfolgtüber eine Eintriltsrohrbenden Rohrstück 36 verbunden ist Insbesondere dureh ' ^leitung 64, während desseipEntleerung über; eine Rohrdie Anbringung von Ringen 36 ist eine geeignete elektri- to|leitung 65 erfolgt DiebeideniverwerideienjKühlkreise sehe Isolierung zwischen dem den Strom zu iden Röhren Ifiind vorteilhaft außerhalb äes;Heizofens 2jmit gemein-24 und 26 leitenden Rohr 13 und dem Rohrstück 35 samen Speise-und Entieerungsleitungen 66 bzw. 67 vervorgesehen. Die Ringe 36 werden von längsgerichteten bunden. wie im einzelnen in F i g. I im größeren Maß-Durchtntien 36a durchquert die das Gas in den Heiz- stab dargestellt Diese Leitungen 66 und 67 sind an der ofen 2 eindringen lassen. 15 Außenseite der Wand 5 über Anschlüsse 68 und 69 mil

Das über die Öffnung 11 in den Ringraum 12 (F i g. 1) einer nicht dargestellten Speisestation verbunden,

zugeführte Gas mündet in das Gehäuse 1 ein und füllt Wie bereits ausgeführt, erfolgt die Stromversorgung

dann über die Durchtritte 36a und 37 den zwischen den der heizenden Rohre 24 und 26 über die Leiterspeiselit-

Rohren 26 und 34 begrenzten Ringraum 26a. Dieses Gas ze 20, die Hülse 14 und das Rohr 13. Die Stromrückfüh-

wird am Ende des Rohrs 26 wieder im schraubenform!- 20 rung erfolgt dann über da> Gehäuse 1 des Geräts selbst

gen Zwischenraum 31 aufgenommen, durchquert da- und insbesondere über die Gehäuse 45 und 47. die ein

nach die Durchtrittslöcher 33 und durchströmt dann von Verbindtmesteil 70 mit einer metallenen Leiterspeiseiit-

neuem im umgekehrten Sinn den inneren Teil 32 des ze 71 aui ~ -isen, die ihrerseits an die Masse des Geräts

Rohrs 24, bevor es schließlich in Berührung mit dem angeschlossen ist Weitere Leiterspeiselitzen für einen

Kopf 28 kommt von wo aus es über die Öffnung 30 des 25 Anschluß an Masse, etwa insbesondere die bei 72 darge-

kleinen Rohrs 29 austritt stellt, sind an den Speiseleitungen 66 und 67 vorgesehen.

Um dann zu vermeiden, daß die vom umlaufenden wobei die Leiterspeiselitze 71 gegebenenfalls mittels ei-

und in Berührung mit dem heizenden Rohr 24 befindli- nes von der Speiseleitung 66 getragenen Verbindungs-

chen Gas aufgenommene Wärme nicht durch Strahlung ansatzes 1»über den Kühlkreis an Masse angeschlossen

und Konvektionen mit der Außenseite verlorengeht, ist 30 ist

der Heizofen 2 mit einer Wärmeschutzvorrichtung ver- Die Ausrüstung des Geräts wird durch Thermoele-

sehen. Zu diesem Zweck ist das Rohrstück 35 fest mit mentensonden, etwa 74 und 75. vervollständigt die eine

einem querverlaufenden Flansch 38 verbunden, der ge- Kontrolle in der Weise ermöglichen, daß bestimmte

genüber den Rohren 26 und 34 die Anbringung eines Stellen, die nicht ohne Gefahr für den Heizofen erhitzt

tragenden isolierenden Teils 39 für eine Reihe von zylin- 35 werden könnten, auf niedrigeren Temperaturen von et-

drischen koaxialen Schilden bzw. Wärmeschilden er- wa 200⁰C bleibea

möglicht die mit 40,41,42 und 43 bezeichnet sind. Diese Der Heizofen ist mit einer kleinen Rohrleitung 82 Wärmeschilde werden an ihrem entgegengesetzten En- versehen, die in den Raum zwischen dem Ende des Heizde von einem dem Teil 39 gleichartigen Teil 44 gehalten. elements 24 und dem Deckel 62 mündet Eine in F j g. 2 Der äußerste Wärmeschild 43 ist seinerseits von einer 40 nicht dargestellte Pumpeinrichtung ist an diese Rohrlei-Hülle bzw. einem Gehäuse 35,45 umgeben, das außen tung 82 angeschlossen und gestattet ein Abpumpen der einen schraubenförmigen Vorsprung 46 aufweist der Gase in diesen Raum. Dieses Abpumpen in den Raum mit einem koaxialen Gehäuse 47 einen durchlaufenden verbessert die Vorrichtung beträchtlich, hauptsächlich schraubenförmigen Durchtritt begrenzt in dem ein die wirksame Temperatur des durch die Austrittsoff-Kühlwasserkreis hergestellt werden kann. Das Gehäuse 45 nung 63 des Deckels 62 hindurchtretenden Gasstroms.
47 weist eine Endplatte 48 auf, die d^n Heizofen 2 ab- Der Betrieb des Heizofens nach der Erfindung ergibt schließt und von Leitungen 49 durchquert wird, von sieb leicht aus dem folgenden. Das über den Ringraum denen in F i g. 2 nur eine einzige erscheint und in F i g. 1 12 zwischen der Verlängerung 4 und dem Rohr 13 in das mehrere schematisch dargestellt sind. Diese Leitungen Gehäuse 1 eingeleitete Gas dringt über die Durchtrilte 49 sind an einen gemeinsamen Sammelbehälter 50 für 50 37 in den von den Rohren 26 und 34 begrenzten Bereich die Zufuhr von Wasser angeschlossen. Dieser Sammel- ein, kommt unter vorherigem Bestreichen der ä..8eren behälter 50 ist seinerseits über eine Rohrleitung 51 an Fläche bei 26a in Berührung mit dem Heizelement einen Speisekreis angeschlossen. Das im Sammelbehäi- durchströmt dann den schraubenförmigen Zwischenter 50 über die Leitungen 49 entnommene Wasser mün- raum 31 und kommt schließlich nach Durchqueren der det hinter dem Flansch 38 und läuft im zwischen den 55 Dnrchirittslöcher 33 über den Bereich 32 zu dessen geGehäusen 45 und 47 begrenzten schraubenförmigen genüberliegendem Ende zurück. Das auf diese Weise Durchtritt um, bevor es schließlich über eine Auslaß- auf hohe Temperatur gebrachte Gas tritt dann über die rohrleitung 52 entleert wird. Der gesamte Heizofen 2 ist öffnung 30 des kleinen Rohrs 29 und dann über die schließlich mittels des mit dem Gehäuse 1 fest verbun- durch den Deckel 62 verlaufende Auslrittsöffhung 63 denen Flansches 3 durch Befestigungsschrauben 53 be- 60 aus. Es ist zu bemerken, daß der innerhalb des Gehäuses festigt die das Verspannen von isolierenden Zwischen- 1 gelegene Bereich aufgrund der durch die Dichtungen stücken 54 und von Dichtungen 55 und 56 zwischen dem 55 und 56 hergestellten Abdichtung dauernd vom Gas-Flansch 3 und dem dichten Gehäuse 1 ermöglichen, austritt isoliert ist Der Erzeugungsdruck des Gases

Um außer der in der oben angegebenen Weise erfol- wird beim Eintritt in das Gerät und in den Heizofen

genden Kühlung der Wärmeschilde 40—43 im zentralen 65 beim beschriebenen Beispiel mit 2 Bar gewählt was

Teil des Heizofens 2 ebenfalls die Kühlung des Kopfs 28 aber durchaus höher liegen kann,

des Heizelements 24 sicherzustellen, umfaßt das Gerät Der über die Leiterspeiselitze 20 ankommende zum

einen zweiten Kühlkreis, der von dem oben beschriebe- Erhitzen erforderliche elektrische Strom wird über die

Hülse 14 zum Rohr 13 und dann über über die Berührung der Teile 13a und 77a zum heizenden Rohr 24 übertragen. Aufgrund des Widerstands der Rohre 24 und 26 erzeugt der elektrische Strom eine starke Temperaturerhöhung der vom Gas durchströmten Rohre in der oben angegebenen Weise. Die Stromrückleitung zur Masse erfolgt nach dem Durchfließen der Rohre 24 und 26 über das Rohr 34, wobei die Gehäuse 45 und 47 und -das Gehäuse 1 gemeinsam an die Leiterspeiselitze 71 angescbl-ssen sind. Dagegen ist das Rohr 13 von der Masse isoliert durch das Zwischenstück 56 aus einem geeigneten Material, z. B, Celprpn (WZ), Und ebenfalls durch den Flansch 3, der vorteilhaft aus Altuglass (WZ) hergestellt ist Die Wärmeschilde 40—43 ermöglichen e^;nen wirksamen Schutz gegenüber der Strahlung der heizenden Rohre 24 und 26. Diese Wärmeschilde sind vorteilhaft aus Molybdän hergestellt und geeignet durch die isolierenden Teile 39 und 44 zentriert, die aus Aluminiumoxyd gebildet sind. Die Kühlung der verschiedenen Teile des Heizofens wird durch die dargestellten Kreise erzielt. Der erste umfaßt den Sammelbehälter 50 und die Leitungen 49 für die Kühlung des zentralen Teils. Der zweite wird durch sein Gehäuse 57 gebildet, das den Schutz des Kopfs 28 des Heizelements 24,26 gestattet durch den das auf hohe Temperatur gebrachte Gas austritt Der dritte schließlich ist um das Rohr 13 für die Stromspeisung herum vorgesehen und ermöglicht den Schutz dieses Rohrs über dem Bereich 21, vgl. F i g. 1.

Die verschiedenen verwendeten Thermoelemente ermöglichen schließlich, daß verschiedene zerbrechliche Teile des Heizofens kalt bleiben, insbesondere der Teil hinte¹" dem Heizelement durch die mit dem Kabel 19 vereinigte Thermoelementsonde, am Austritt des Heizelements durch die Thermoelementsonde 75 und schließlich im mittleren Bereich durch die Thermoelementsonde 74.

Die folgende Tabelle läßt die Wirksamkeit des Abpumpens klar erkennen, das über die Rohrleitung 82 im ringförmigen Umfangsbereich zwischen dem Ende des Heizelements 24,26 und dem Deckel 2 ausgeführt wird, und zeigt die erhaltenen Temperaturen mit und ohne dieses Abpumpen, wobei die übrigen Parameter konstant bleiben.

Durchmesser der Öffnung 63

erzielte Temperatur ohne mit

Abpumpen Abpumpen

Stickstoff	0.25 mm	5600K	13800K
Wasserstoff	025 mm	5100K	16000K
Argon	0,25 mm	950° K	21000K

Diese Heizofenart erbringt dank der Kombination ihrer Elemente Vorteile gegenüber den bisherigen Heizöfen:

a) Die Gesamtanordnung des Heizofens ist in einem Gehäuse bei Umgebungstemperatur enthalten aufgrund einer z. B. wassergekühlten Verkleidung und auf aufgrund der Verwendung eines guten Leiters, etwa Kupfers. Eine derartige Kühlung wird bis zur Austrittsöffnung der Düse ausgeführt, wobei diese Ausfritisöffnung an einem kleinen Teil (Deckel 62) gelegen ist der an dem den Behälter bildenden gekühlten Kupferblock verschraubt ist Auf diese Weise kann sich in den zur Bildung von Molekularstrahlen erforderlichen Ausrichtungen keine Störung eines Molekularstrahls hoher Qualität bilden.

b) Es ist leicht, die Abmessungen Austrittsöffnung zu ändern (ihren Durchmesser im Fall eines rotationssymmetrischen Systems), da der Deckel 26, an dem

die öffnung 63 angebracht ist, leicht abnehmbar ist.

c) Die Drücke wirken ebenso gut innerhalb wie außerhalb der rohrförmigen Heizwiderstände. Das gleiche gilt für das Kühlgehäuse mit Ausnahme der Nähe der Düse, Auf diese Weise kann der Heizofen sehr hohe Drücke ertragen, da alle Wände des Be-,: hälters, auf die sie wirken, Umgebungstemperatur '· aufweisen, was die Verwendung! von nichtrostendem Stahl gestattet.

Ein neues und bemerkenswertes Element der Erfindung ist das Abpumpen eines Teils des Gases im ringförmigen Umfangsbereich unmittelbar stromauf der Austrittsöffnung 63 des Deckels 62. Wie bereits ausgeführt, verbessert dieses Abpumpen in hohem Maß die Qualitäten des Heizofens und insbesondere die Temperatur des den Überschallstrahf bildenden axialen Stroms. Es gibt in diesem Stadium keine Theorie, die in eindeutiger Weise die sehr wirksame Rolle dieses Abpumpen erklären könnte. Es kann jedenfalls auf verschiedene Arten interpretiert werden, und zwar entweder daß das auf den Umfangsbereich der Gasströmung wirkende Abpumpen auf diese Weise die kältesten Teile der Gasströmung beseitigt wobei die Umfangsteile vorher in Berührung mit den gekühlten Wänden standen, was die mittlere Temperatur erhöht oder daß das Abpumpen die Verweilzeit des aus dem Heizelement austretenden Gases und folglich die Austauschvorgänge mit den kalten Wänden beträchtlich vermindert, oder daß die Druckverminderung im Zwischenraum zwisehen dem Heizelement 24, 26 und dem Deckel 62 die Wärmeleitfähigkeit des Gases vermindert und somit die Kühlung beim Durchtritt des Gases in diesen kritischen Teil des Behälters verhindert

Es wurde angegeben, daß die Wirksamkeit des Abpumpens um so größer war, je kleiner der Durchmesser der Austrittsöffnung 63 des Deckels 62 ist

In F i g. 3 ist ein Schnitt einer vorteilhaften Ausführungsform des Heizofens nach der Erfindung dargestellt Diese Variante ergibt Gasaustrittstemperaturen, die über denjenigen des ersten Heizofens liegen. Dieser Heizofen weist die allgemeine Anordnung des vorhergehenden Heizofens auf unter Austausch der Elemente 24 und 26 aus Graphit gegen Wolfram. Der im äußeren Gehäuse 1 enthaltene Heizofen z. B. aus nichtrostendem Stahl für einen besseren Widerstand gegenüber hohen Drücken endet am Deckel 62, der von der Austrittsöffnung 63 durchbohrt ist, durch die das Gas gemäß dem Pfeil 79 entleert wird. Dieser Ofen enthält einen äußeren Zylinder tO2 und einen Zentrierzylinder 103, der durch einen Wasserkreis gekühlt wird, der gemäß dem Pfeil 105 eindringt und nach dem Durchlaufen des Zwischenraums zwischen den beiden Zylindern oder Behältern 102 und 103 gemäß dem Pfeil 106 über eine Rohrleitung 107 wieder austritt Der Zentralzylinder 103 enthält das Heizsystem für in Umlauf befindliches Gas. Dieses Heizsystem besteht wenigstens aus einem Wärmeschild, das von Öffnungen durchbohrt ist, durch die das im Behälter 102 enthaltene Gas gemäß dem Pfeil 110 eindringt. Der z. B. aus Molybdän bestehende Wärmeschild 40 gestattet gleichzeitig den Durchtritt von kalten Gasen und deren Vorerhitzung. Der rohrförmige Wärmeschild 40 wird an einem Ende von einem isolierenden Ring 109 gehalten, der durchbohrt ist, um den Zutritt

von im Gehäuse 1 enthaltenem Gas zu ermöglichen. Am anderen Ende des Wärmeschilds 40 befestigen und zentrieren isolierende Ringe 111 ein erstes Rohr 26 aus Wolfram, das mit einem ebenfalls aus Wolfram bestehenden zweiten Rohr 24 die Heizwiderstandsanordnung des Heizofens bildet Diese beiden Rohre sind über einen leitenden Ring 112 aus Wolfram elektrisch miteinander verbunden und werden am anderen Ende von einem isolierenden Ring 113 gehalten. Diese beiden Verbindungjringe ermöglichen eine geeignete Abdichtung. Die beiden Rohre aus Wolfram sind auf der Anordnung von Flanschen durch Konen 114 und 115 verspannt, wobei der letztere durch einen Ring 116 elektrisch isoliert ist Der Strom kommt an einem Konus 123 Ober ein gekühltes Kupferrohr an, wie es beim Heizofen der Fig. 2 der Fall war. Die Stromrückleitung erfolgt ebenfalls vorteilhaft über Masse wie beim Heizofen der Fig. 2.

In F i g. 3 erfolgt das Abpumpen durch einen in Nähe des Austritts des Rohrs 24 gelegenen Ringraum. Das bei 83 abgepumpte Gas wird durch die Rohrleitung 82 abgeführt Thermoelemente 100 und 101 ermöglichen eine Kontro'ie in der Weise, daß bestimmte Stellen durchaus auf Temperaturen in Nähe der Umgebungstemperaturen bleiben oder etwa 200⁰C nicht überschreiten.

Alle Wasser-, Strom-, Gas- und Thermoelementanschlüsse erfolgen zur Rückseite des Heizofens hin und innerhalb eines das Gehäuse 1 verlängernden Rohrs. Auf diese Weise kann der Heizofen vollständig zusammengebaut werden, bevor er an einem Molekularstrahlgenerator angebracht wird.

Die folgenden Tabelle vergleicht die mit und ohne Abpumpen erhaltenen Temperaturen, wobei alle übrigen Parameter konstant bleiben.

35

40

50

Durchmesser dar Gas	erzielte Temperatur	mit Ab
Öffnung 63 de;	ohne Ab	pumpen
Deckels 62	pumpen	2600°K
0,25 mm Argon	13000K	3000°K
Argon	16000K	27000K
Argon	6700K	17200K
Wasserstoff	9000K	22000K
Wasserstoff	12000K	2450°K
Wasserstoff	1420°K
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2

(24,26) aus einem Rohr (24) aus Graphit besteht, der

Patentansprüche: außen einen von einem zweiten konzentrischen

Rohr (26) bedeckten schraubenförmigen Vorsprung 1. Heizvorrichtung zum Erzeugen eines heißen (25) aufweist

Gasstrahls mit 5 7. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1

bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement

— einem inneren Gehäuse, (24, 26) aus wenigstens einem Rohr aus Wolfram

— einem im inneren Gehäuse angeordneten rohr- besteht.

förmigen Widerstandsheizeiemeni, S. Heizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge-

— einer Stromversorgung für das Wiederstands- io kennzeichnet, daß das Gehäuse (1) das Heizelement heizelement, wobei das innere Gehäuse eine (24, 26) die Wärmeschilde (40—43) und den Kühl-Eintrittsöffming und eine Austrittsöffnung für kreis mittels eines elektrisch isolierenden Flansches das Gas aufweist, das sich durch den Kontakt (3) trägt, der den Boden des Behälters (1) unter Zwimit dem Heizelement aufheizt, schenschaltung von elektrisch isolierenden Zwi-

15 schenstücken (54) und von Dichtungen (55, 56)

gekennzeichnet durch schließt

9. Heizvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge-

— ein dichtes äußeres Gehäuse (1), in dem das in- kennzeichnet, daß der oder die Wärmeschilde nere Gehäuse (47) so angeordnet ist, daß dessen (40—43; von isolierenden Teilen (39, 44) getragen Austrittsörfnung (30) an eine öffnung (63) für 20 wird, die den oder die Wärmeschilde (40—43)gegendea Durchtritt des heißen Gasstrahls im äuße- über dem Heizelement (24,26) zentrieren.

ren Gehäuse (1) herangeführt ist,

— einen Vakuumbehälter (5,6), in dem mindestens

der Teil des äußeren Gehäuses (1) liegt, in dem

die öffnung (63) angeordnet ist, und 25

— eine Pumpeinrichtung (82, 83), die in den Zwi- Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung nach dem schenraum zwischen der Austrittsöffnung (30) Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie findet insbesondes Innengehäuses und der Öffnung (63) im Au- dere Anwendung bei Experimentalgerätcn zum Erzeußengehäuse mündet und mit der ein peripherer gen von Molekular&trahlen durch Extrahieren und Anteil des Gases abgepumpt wird. 30 Transportieren des axialen Teils eines aus einer Düse

austretenden Oberschallstrahls in ein gutes Vakuum

2. Heizvo richtung nach Anspruch 1, gekennzeich- mittels geeigneter Trennwände (Blenden, Kollimatonet durch mindestens einen rohrförmigen das Heiz- ren), die eine Reihe von benachbarten Kammern trenelement umgebenden, zwischen ^Aen Wänden des er- nen, in denen das Vakuum immer höher wird. In solchen sten Gehäuses (47) und den Hebelementen angeord- 35 Geräten kann der Heizofen dazu dienen, die Erzeuneten Wärmeschutzschild (40—4?) und Kühlmittel- gungstemperatur des Gases in der Düse von 300 bis

bereise (49,51,70) und (64,65) zur Kühlung des ersten 3000° K und folglich die den Molekularstrahl bildende

Gehäuses (47) und eines Endes des rohrförmigen Energie der Moleküle proportional zu dieser Tempera-

Heizelementes (24). tür kontinuierlich zu verändern. Durch Kombinieren

3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- 40 dieses Erhitzungseffekts mit dem aerodynamischen Bedurch gekennzeichnet, daß das Heizelement ein In- schleunigungseffekt, der sich natürlicii in einem Übernenrohr (24), durch das Gas strömt und ein das In- schallstrahl bildet, der einen hohen Anteil eines leichten nenrohr umhüllendes Außenrohr (26), in dem Gas <m Trägergases (Wasserstoff oder Helium) enthält, ist es

-Zwischenraum zwischen dem Innen- und dem Au- möglich, Molekularstrahlen zu erzeugen, deren kineti-

ßenrohr strömt, aufweist das Innnen- und das Au- 45 sehe Energien z. 3. in dem besonders interessanten Be-

Benrohr jeweils ein offenes und ein geschlossenes reich von 0,05 bis 40 eV liegen.

Ende aufweisen, wobei das geschlossene Ende des Strahlen dieser Energie sind von sehr großem Interes-

Außenrohrs (26) in der Nähe des geschlossenen En- se in der Grundlagenformung und der angewandten

des des Innenrohres (24) über Durchtrittsöffnungen Forschung. Dieser Energiebereich entspricht in der Tat

(33) am geschlossenen Ende des Innenrohres in Ver- 50 den Energien, die beini größten Teil der physikochemi-

bindung steht und ein weiterer Gasdurchlaß (36a, 37) sehen Prozesse der Anregung, Ionisation und Dissozia-

eine Verbindung zwischen dem zweiten Gehäuse tion und auch bei den Wechselwirkungen zwischen Ga-

und dem Zwischenraum (31) zwischen dem Innen- &en und Feststoffen wirksam sind. Dieser Heizofen kann

und dem Außenrohr herstellt ebenfalls in unterschiedlichen Bereichen, etwa den

4. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 55 Windkanaluntersuchungen, aerodynamischen Lasern bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Stromversor- usw, angewandt werden.

gung (19, 20) em Rohr (13) enthält das an einem Bisher erfolgte das Erhitzen von in Umlauf befindli-

Ende mit dem Heizelement (24,26) und am anderen ehern Gas durch den Joule-Effekt durch kleine rohrför-

Ende mit einer elektrisch leitenden Hülse (K) in Ver- mige Behälter hindurch aus im allgemeinen Wolfram,

bindung steht die an eine Leiterspeiselitze (20) ange- 60 deren Seitenwände als Heizwiderstände dienten. Das

schlossen ist Gas erreicht die Rohre, läuft kontinuierlich in diesen um

5. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und tritt in Form eines Überschallstrahls durch eine bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrücklei- kleine öffnung aus, die die Rolle einer Dtise spielt
tung über ein an Masse angeschlossenes metallenes Bei derartigen Vorrichtungen besteht die Gefahr, daß Rohr (34) erfolgt, das das Heizelement (24,26) um- 65 die zur Bildung des Molekularstrahls unerläßlichen Ausgibt und am Gehäuse (1) befestigt ist richtungen durch Dehnungseffekte stark gestört wer-

6. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 den, die den Oft der Auslaßöffnung der Düse-verändern, bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement Überdies können die Abmessungen dieser öffnung