DE2716384A1

DE2716384A1 - INDUCTIVELY HEATABLE RADIANT HEATING ELEMENT

Info

Publication number: DE2716384A1
Application number: DE19772716384
Authority: DE
Inventors: Siegfried Baumann; Freimuth Karcheter
Original assignee: Alkem GmbH
Current assignee: Alkem GmbH
Priority date: 1977-04-13
Filing date: 1977-04-13
Publication date: 1978-10-19
Also published as: ES468767A1; FR2387564A1; FR2387564B1; BE865869A; JPS53129336A

Description

ALKEM GMBH Unser ZeichenALKEM GMBH Our mark

% VPA 77 P 8508 BRD % VPA 77 P 8508 BRD

Induktiv beheizbarer StrahlungsheizkörperInductively heatable radiant heater

Die vorliegende Erfindung betrifft einen induktiv beheizbaren Strahlungsheizkörper, insbesondere in Hochtemperaturöfen für Laboruntersuchungen. Solche Strahlungsheizkörper werden benötigt, wenn die zu erwärmenden Körper für die Induktionserwärmung nicht ausreichend elektrisch leitend sind. Solche können z.B. aus oxidkeramischen Materialien, wie z.B. Aluminiumoxid, Porzellan oder Kernbrennstofftabletten bestehen. Die Erhitzung solcher Körper hat z.B. die Aufgabe, Gasreste oder Feuchtigkeit auszutreiben oder auch physikalische Zustandsänderungen herbeizuführen. Die für solche Aufgaben benötigten Temperaturen liegen dabei oftmals weit über 1000⁰C, für Kernbrennstoff tabletten z.B. bei 1700⁰C.The present invention relates to an inductively heatable radiant heater, in particular in high-temperature furnaces for laboratory tests. Such radiant heaters are required when the bodies to be heated are not sufficiently electrically conductive for induction heating. Such materials can consist, for example, of oxide-ceramic materials such as aluminum oxide, porcelain or nuclear fuel tablets. The heating of such bodies has the task, for example, of expelling gas residues or moisture or also of bringing about physical changes in state. The temperatures required for such tasks are often well above 1000 ^° C., for nuclear fuel tablets, for example, around 1700 ^° C.

Die für die Erwärmung solcher Körper auf derart hohe Temperaturen benötigten Strahlungsheizkörper müssen selbst wiederum aus hochtemperaturfesten Materialien bestehen, solche sind z.B. Grafit, Tantal, Molybdän. Da im allgemeinen solche Aufheizvorgänge nur unter einem inerten Schutzgas durchgeführt werden können und dürfen, sind Strahlungsheizkörper und aufzuheizendes Werkstück, z.B. in einem schutzgaserfüllten Quarzrohr untergebracht. Dieses wiederum durchsetzt eine Induktionsspule, die zur Aufheizung des Strahlungsheizkörpers an einen Hochfrequenzgenerator angeschlossen ist. Es hat sich dabei herausgestellt,The radiant heaters required for heating such bodies to such high temperatures must themselves turn off consist of high temperature resistant materials, such as graphite, tantalum, molybdenum. Since such heating processes in general Can and may only be carried out under an inert protective gas are radiant heaters and items to be heated Workpiece, e.g. housed in a quartz tube filled with protective gas. This in turn penetrates an induction coil, which is used to Heating the radiant heater to a high frequency generator connected. It turned out

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daß infolge der dadurch bedingten relativ großen Abstände von Strahlungsheizkörper und Induktionsspulen keine günstigen Anpassungsverhältnisse zwischen Widerstand des Strahlungsheizkörpers und Innenwiderstand des Generators hergestellt werden können, so daß bei gegebener Generatorleistung die erwünschten Temperaturen nicht erreicht werden können.that as a result of the relatively large distances between the radiant heater and induction coils caused by it, no favorable matching ratios between the resistance of the radiant heater and the internal resistance of the generator are produced can, so that the desired temperatures can not be reached with a given generator power.

Es stellte sich daher die Aufgabe, diese Anpassungsverhältnisse zu verbessern, ohne an den gegebenen geometrischen Verhältnissen zwischen Strahlungsheizkörper und Induktorspule etwas zu ändern.The task therefore arose of these adaptation ratios without changing anything in the given geometric relationships between the radiant heater and the inductor coil.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Strahlungsheizkörper aus Kohlenstoffilz oder Grafitfilz gefertigt ist und innerhalb einer Inertgasatmosphäre angeordnet ist. DieseThis object was achieved according to the invention in that the radiant heater is made of carbon felt or graphite felt and is arranged within an inert gas atmosphere. These Verhältnisse seien nun anhand der Fig. 1-3 näher erläutert. Fig. 1 zeigt die übliche Anordnung einer Induktionserwärmungsanlage. Mit 1 ist der Hochfrequenzgenerator bezeichnet, an diesen ist die Induktionsspule 2 angeschlossen und umgibt mit möglichst enger Kopplung das zu erhitzende Werkstück 3. LetztesRelationships will now be explained in more detail with reference to FIGS. 1-3. Fig. 1 shows the usual arrangement of an induction heating system. 1 with the high frequency generator is referred to, on The induction coil 2 is connected to these and surrounds the workpiece 3 to be heated with the closest possible coupling besteht normalerweise aus einem elektrisch mehr oder weniger gut leitendem Material. Sollte dieses Material 3 Jedoch elektrisch so schlecht leitend sein, daß es sich auf direktem Wege nicht mehr induktiv erwärmen läßt, ist eine indirekte Erwärmung desselben notwendig. Eine solche Anordnung ist in Fig. 2 geusually consists of a more or less electrically conductive material. Should this material 3, however, be so poorly electrically conductive that it is in a direct way can no longer be inductively heated, indirect heating of the same is necessary. Such an arrangement is ge in Fig. 2 zeigt. Der zu erwärmende Körper 4, der aus einem Material besteht, das sich induktiv nicht erwärmen läßt, ist von einem Strahlungsheizkörper 5 umgeben, der seinerseits wieder über den Induktor induktiv erwärmt wird. Die zu erwärmende Anordnung befindet sich dabei innerhalb eines Quarzgefäßes 6, das mit einem inertenshows. The body to be heated 4, which consists of a material which cannot be heated inductively, is surrounded by a radiant heater 5, which in turn goes through the inductor is inductively heated. The arrangement to be heated is located within a quartz vessel 6, which is with an inert

Schutzgas gefüllt ist. Das Schutzgas selbst wird über dieShielding gas is filled. The protective gas itself is via the

Leitung 7 zugeführt und evtl. zusammen mit ausgetriebenen Stoffen über die Leitung 8 abgeführt sowie evtl. zu einer nichtdargesteilten Untersuchungseinrichtung geleitet. Der Strahlungsheizkörper 5 besteht entsprechend der vorliegenden Erfindung nicht ausLine 7 supplied and possibly together with expelled substances Discharged via the line 8 and possibly passed to an investigation facility not shown. The radiant heater 5 is not made according to the present invention massivem Grafit oder einem hochschmelzenden Metall, wie z.B.solid graphite or a refractory metal, e.g.

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Molybdän oder Tantal, sondern aus einem Kohlenstoffilz oder einem Grafitfilz. Beide sind hochtemperaturbeständig, unterscheiden sich jedoch durch ihren elektrischen Widerstand, der beim Kohlenstoffilz etwa doppelt so groß ist wie beim Grafitfilz. In beiden Fällen ist der elektrische Widerstand aber höher als bei den bekannten Materialien Grafit oder Tantal oder Molybdän. Infolgedessen ist der transformatorisch an den Schwingungskreis des Hochfrequenzgenerators übertragene Widerstand des Strahlungsheizkörpers höher als bei diesen bekannten Materialien, so daß damit die Anpassungsverhältnisse des Außenwiderstandes an den Innenwiderstand des Generators beeinflußt werden können. Bei den vorgeschlagenen Materialien Kohlenstofffilz oder Grafitfilz ist diese unterschiedliche Anpassungsmöglichkeit durch die erwähnten Unterschiede des jeweiligen elektrischen Widerstandes einstellbar.Molybdenum or tantalum, but from a carbon felt or a graphite felt. Both are high temperature resistant, differentiate However, due to their electrical resistance, which is about twice as high in carbon felt as in graphite felt. In both cases, however, the electrical resistance is higher than with the known materials graphite or tantalum or Molybdenum. As a result, the resistance transmitted through a transformer to the oscillating circuit of the high-frequency generator of the radiant heater is higher than with these known materials, so that the adaptation ratios of the external resistance can be influenced by the internal resistance of the generator. The suggested materials are carbon felt or graphite felt is this different adaptability due to the mentioned differences of the respective electrical resistance adjustable.

Der praktische Aufbau eines solchen Strahlungsheizkörpers ist in Fig. 3 dargestellt. Hier hat der Strahlungsheizkörper 5 tiegelförmige Gestalt und ist aus Scheiben a, b, c, d und e aus Kohlenstoff- bzw. Grafitfilz aufgebaut. Die einzelnen Scheiben liegen dabei lose aufeinander. Selbstverständlich wäre auch ein einteiliger Aufbau eines derartigen Heizkörpers 5 möglich. Wesentlich ist in allen Fällen die neue Verwendung des an sich bekannten Materials, das aufgrund seines strukturellen Aufbaues auf besonders einfache Art die Energieauskopplung von HF-Generatoren zu beeinflussen erlaubt.The practical structure of such a radiant heater is shown in FIG. Here the radiant heater has 5 crucible-shaped Shape and is made up of disks a, b, c, d and e made of carbon or graphite felt. The individual discs lie thereby loosely on top of each other. Of course, a one-piece construction of such a heater 5 would also be possible. Essential is in all cases the new use of the material known per se, which due to its structural design to influence the energy extraction of HF generators in a particularly simple way.

Zur besseren Veranschaulichung der Wirkung der Anpassungsänderung an den Hochfrequenzgenerator seien die bei gleicher Einstellung des Hochfrequenzgenerators erreichten Temperaturen der Strahlungsheizkörper erwähnt: bei Molybdän und Tantal ließen sich 1250⁰C erreichen, bei Grafit 1520⁰C, bei Grafitfilz dagegen über 1800⁰C. Aus diesen Daten geht auch hervor, wie die unterschiedliche Struktur des Grafits, auf der einen Seite Massivgrafit, auf der anderen Seite Grafitfilz, die Anpassung des Hochfrequenzgenerators und damit seine Leistungsabgabe beeinflußt.To better illustrate the effect of the adjustment change to the high-frequency generator may be mentioned that obtained at the same setting of the high-frequency generator temperatures of the radiant heaters: for molybdenum and tantalum to 1250 ⁰ C could be achieved in graphite 1520 ⁰ C in graphite felt, however over 1800 ⁰ C. For these Data also shows how the different structure of the graphite, on the one hand solid graphite, on the other hand graphite felt, influences the adaptation of the high-frequency generator and thus its power output.

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-ς ^{VPA 77 P 8508 BRD} Diese Verbesserungsmöglichkeit der Anpassung eines Strahlungsheizkörpers an den Hochfrequenzgenerator ist selbstverständlich nicht auf die Verwendung in Laboröfen beschränkt, vielmehr sind auch noch andere Anwendungen dieser indirekten Heiztechnik denkbar. Dabei sei außerdem noch darauf hingewiesen, daß sich weitere Temperaturerhöhungen durch das zusätzliche Anbringen an sich bekannter Wärmereflektoren und Wärmeisolationsmaterialien erzielen lassen. ^{-ς VPA 77 P 8508 BRD} This possibility of improving the adaptation of a radiant heater to the high-frequency generator is of course not limited to use in laboratory ovens, but other applications of this indirect heating technology are also conceivable. Here also should be noted that further increases in temperature can be achieved by the additional attachment of a conventional heat reflectors and heat insulation materials.

3 Patentansprüche 3 Figuren3 claims 3 figures

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L e e r s e i f eL e r s e i f e

Claims

^{77 p} 8508 FRG

Claims

A * Inductively heated radiant heater, especially in high-temperature ovens for laboratory tests, characterized by the fact that it consists of carbon felt or graphite felt and is arranged within an inert gas atmosphere.

2. Radiant heater according to claim 1, characterized in that this heater has a crucible shape and is used to bake oxide-ceramic bodies or bodies that are not sufficiently electrically conductive for inductive heating.

3. Radiant heater according to claim 1, characterized in that the resistance adjustment of the radiant heater to the internal resistance of the high-frequency generator except for the known geometric coupling relationships to the inductor via the choice of material - carbon or Graphite felt - done.

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