DE3047849C2 - Heizelement für einen Hochtemperaturofen - Google Patents

Description

Heizclement nach der Erfindung. In F i g. 2 ist eine besondere Ausfiihrungsform eines Heizelementes nach der Erfindung dargestellt.

Beim Hochtemperaturofen nach F i g. 1 dient ein Heizelement 2 als innere Auskleidung eines rohrförmigen Reaktionsraumes 4, der oben von einem Deckel 6 und unten von einem Boden 8 begrenzt wird. Auf den Deckel 6 ist ein Anschlußstutzen 10 aufgesetzt, der mit einem weiteren Deckel 12 abgedeckt ist Der Deckel 12 ist mit in der Figur nicht näher bezeichneten Durchführungen versehen, die zur Zu- oder Abführung eines Reaktionsgases sowie gegebenenfalls zum Einbringen eines Meßstabes für eine Temperaturmeßeinrichtung dienen können. Ein ähnlich aufgebauter Stutzen 14 mit einem Deckel 16 ist unter dem Boden 8 des Reaktions- is raumes 4 angebracht Die Seitenwand 18 des Reaktionsraumes 4 besteht aus einem Wärmedämmstoff und ist zum Schutz gegen Spannungsüberschläge von einem Stützkörper 20 umgeben, der beispielsweise aus Quarzgut oder Oxidkeramik bestehen kann. Deckel 6 und Bo- den 8 sind jeweils mit einem Flansch 22 bzw. 24 versehen und an der Innenwand des Ofenkessels 2*r befestigt

Konzentrisch zum Reaktionsraum 4 ist außerhalb des Stützkörpers 20 eine Induktionsheizeinrichtung 28 vorgesehen, die aus mehreren Windungen eines wassergekühlten flachen Leiters besteht Durch die induktive Kopplung wird der Pyrographitzylinder des Heizelementes 2 aufgeheizt und gibt dann seine Wärme als Strahlung an den Reaktionsraum 4 ab, der ein oder mehrere Substrate enthalten kann, auf denen pyrolytischer Graphit abgeschieden werden soll.

Das hohlzylindrische Heizelement 2 kann in einfacher Weise dadurch hergestellt werden, daß man auf der inneren Oberfläche eines hohlzylindrisch gestalteten Trägerkörpers eine Schicht von pyrolytischem Graphit aufwachsen läßt, deren Dicke beispielsweise 03 bis 1 mm, vorzugsweise etwa 03 mm, betragen kann. Die Dicke der Schicht wird vom gewünschten Widerstand bestimmt, falls eine Widerstandsheizung vorgesehen ist. Bei der Ver .vendung einer Graphitfolie als Träger kann diese in dem Bereich, der zur Wärmestrahlung verwendet werden soll, wieder abgelöst werden, wie es in F i g. 2 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist Von dem verbleibenden hohlzylindrischen Pyrographitkörpcr des Heizelementes 2 ist die Folie 32 dabei nur im mittleren Bereich abgelöst worden, so daß am unteren Ende noch ein Teil 34 der Folie verblieben ist, mit dessen Hilfe das untere Ende des Heizelementes 2 zwischen einem inneren Profilring 36 und einem äußeren Anschlußring 38 eingeklemmt werden kann. Mit dem Anschlußring 38 ist eine wassergekühlte Stromanschlußklemme 46 elektrisch leitend verbunden, deren elektrischer Anschlußleiter in der Figur nicht dargestellt ist. Die Anschlußklemme 40 kann beispielsweise aus Kupfer oder aus Silber bestehen. Am oberen Ende des Heizelementes 2 sind entsprechende Maßnahmen vorgesehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

1 2 Oberfläche des Substrats. Es läßt sich somit nicht verPatentansprüche: hindern, daß auch pyrolytischer Graphit an der Innenwand des Reaktionsraumes und damit auf dem Heiz-

1. Heizelement für einen Hochtemperaturofen mit strahler abgeschieden wird (Philips Technische Rundeinem geschlossenen Reaktionsraum zur Herstel- 5 schau, 1977/78, Nr. 8, S. 205 bis 213). Die auf dem Gralung von pyrolytischem Graphit durch thermische phi !heizstrahler aufgewachsene Schicht aus pyrolyti-Zersetzung von Kohlenwasserstoffen, dadurch sch em Graphit kann wegen ihres geringen Ausdchgekennzeichnet, daß das Heizelement (2) nungskoeffizienten und ihrer hohen Festigkeit den selbst ebenfalls aus pyrolytischem Graphit besteht Heizstrahler beim Abkühlen bersten lassen.

2. Verfahren zum Herstellen eines Heizelementes io Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heiznach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß element für einen Hochtemperaturofen mit einem gedurch thermische Zersetzung von Kohlenwasser- schlossenen Reaktionsraum anzugeben, das sowohl bei stoffen pyrolytischer Graphit als dünne Schicht auf hohen Temperaturen als auch bei Anreicherung der der Innenoberfläche eines hohlzylindrischen Trägers Ofenatmosphäre, beispielsweise mit Kohlenwasserstofabgeschieden wird. 15 fen und Wasserstoff, eingesetzt werden kann.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- Diese Aufgabe wird bei einem Hochtemperaturofen zeichnet, daß als Träger eine flexible, gewickelte mit einer Heißwandheizung zur Herstellung von pyroly-Graphitfolie (32) verwendet wird. tischem Graphit erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- das Heizelement selbst ebenfalls aus pyrolytischem zeichnet, daß nach der Abscheidung des pyrolyti- 20 Graphit besteht

sehen Graphits für das Heizelement (2) die Graphit- Pyrolytischer Graphit bzw. Pyrographit hat eine Iami-

folie (32) wenigstens zum Teil abgelöst wird. nare Struktur, deren Schichtebenen parallel zur Oberfläche ausgerichtet sind. Die gute thermische und elek-

trische Leitfähigkeit in den Schichtebenen ergibt beim

25 Heizelement nach der Erfindung eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf der Oberfläche des Heizele-

Die Erfindung betrifft ein Heizelement für einen merites, die der Gestakung des Ofens angepaßt ist und

Hochtemperaturofen mit einem geschlossenen Reak- beispielsweise für einen Rohrofen die Form eines Hohl-

tionsraum zur Herstellung von pyrolytischem Graphit Zylinders haben kann. Die in das Heizelement einge-

durch thermische Zersetzung von Kohlenwasserstoffen. 30 brachte Heizleistung wird bei geringer thermischer Ka-

Heizelemente für Vakuum- oder Schutzgasöfen kön- pazität großflächig in den Ofenraum abgestrahlt Die

nen bekanntlich aus hochschmelzenden Metallen herge- dünnwandigen Heizelemente aus Pyrographit sind zäh,

stellt werden. Solche Metalle sind aber verhältnismäßig elastisch und gasdicht sowie verhältnismäßig bruchfest

teuer und schwer zu bearbeittn. Heizelemente für die und ihre Wärmedehnung ist gering. Hieraus ergeben

Heißwandheizung von Hochtempera, jröfen zur War- 35 sich konstruktive Vorteile für die Stromanschlüsse bei

mebehandlung von Metallen sowie insbesondere zur Widerstandsheizung und wegen der geringen thermi-

Pyrolyse gasförmiger Kohlenwasserstoffe, bei denen die sehen Kapazität entsprechend kurze Aufheiz- und Ab-

Ofenatmosphäre mit Kohlenwasserstoffen und Wasser- kühlungszeiten. In inerter Atmosphäre und in Anlagen

stoff angereichert wird, werden bekanntlich aus Graphit mit Wasserstoff- oder Kohlenwasser<itoffatmosphäre

hergestellt Da Massivgraphit niederohmig ist, muß zur 40 können die Heizelemente bei Temperaturen bis etwa

Widerstandserhöhung der Stromweg verlängert wer- 3000° C eingesetzt werden.

den, beispielsweise durch eine Mäanderform des Wider- Bei Hochtemperaturofen zur Herstellung von Formstandskörpers. Die Herstellung von Graphitheizele- körpern aus Pyrographit durch thermische Zersetzung menten mit dünnen Wänden ist verhältnismäßig schwie- von Kohlenwasserstoffen und Abscheidung des Pyrorig, darüber hinaus haben derartige Heizelemente auch 45 graphits auf einem Substrat bildet die Innenwandung nur eine geringe Bruchfestigkeit. Die thermische Kapa- des Heizelementes gleichzeitig die Pyrolyscraumbezität von Massivgraphit bewirkt ein träges Betriebsver- grenzung. Die am Heizelement abgeschiedenen Pyrohalten mit entsprechend langen Erwärmungs- und Ab- graphitschichten bestehen aus dem gleichen Material kühlungszeiten. Außerdem verdampft bei solchen Heiz- wie das Heizelement und haben somit auch den gleichen elementen im Vakuum bei Temperaturen oberhalb etwa 50 Ausdehnungskoeffizienten. Abkühlung und Aufheizung 2300° C der Kohlenstoff. können somit ohne Bruchgefahr verhältnismäßig

Es ist ferner bekannt, daß pyrolytischer Graphit durch schnell erfolgen.

thermische Zersetzung von Kohlenwasserstoffen her- Die Herstellung von Heizelementen nach der Erfingestellt werden kann. Die gasförmige Kohlenwasser- dung kann in einfacher Weise durch thermische Zerselstoffverbindung wird dazu einem Substrat zugeführt, 55 zung von Kohlenwasserstoffen und Abscheidung des dessen Oberfläche auf etwa 2000⁰C aufgeheizt ist. Da- pyrolytischen Graphits als dünne Schicht auf der Innenbei wird der pyrolytische Graphit als anisotrope Schicht oberfläche eines hohlzylindrischen Trägers erfolgen, der hoher Dichte und mit laminarer Struktur auf dem Sub- aus einer flexiblen, gewickelten Graphitfolie bestehen strat abgeschieden. Das Substrat kann bei der söge- kann. Die als Träger dienende Graphitfolie kann nach nannten Heißwandheizung durch Strahlungsheizung in- 60 der Abscheidung der als Heizelement dienenden Pyrodirekt von außen beheizt werden. Dabei ist die Innen- graphitschicht teilweise oder ganz wieder abgelöst wcrwand des Reaktionsraumes als Heizstrahler ausgebildet, den oder als verhältnismäßig elastische Schicht zum Ander auf die erforderliche Temperatur von beispielsweise klemmen von Stromanschlüssen erhalten bleiben, etwa 2100⁰C aufgeheizt werden kann. Durch die Strah- Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die lungsheizung wird auch das Gasgemisch beim Eintreten 65 Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsin den Reaktionsraum erhitzt. Bei diesem Verfahren ist beispiel eines Heizelementes nach der Erfindung schedie Temperatur des aus Graphit bestehenden Heiz- matisch veranschaulicht ist. Fig. 1 zeigt einen Querstrahlers im allgemeinen höher als die Temperatur der schnitt durch einen HochtemDeraturofen mit einem