Тепловой экран
Изобретение относится к нагревательным устройствам и может быть использовано в химической промышленности. Сущность изобретения заключается в получении от нагревателя осевого температурного градиента в рабочей зоне нагревателя с помощью выполнения теплового экрана составным по оси из нескольких слоев, разделенных плоскими горизонтальными дисками, с числом коаксиальных отражающих элементов в каждом горизонтальном слое, соответствующим заданному. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
И Ю й
РЕСПУБЛИК (5))5 Г lá L 59/06
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
2 (54) ТЕПЛОВОЙ ЭКРАН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изоБРетениям и Отнрцтиям
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4466631/31-29 (22) 22.07.88 (46) 07.06.90. Бюл. Р 21 (71) Московский энергетический институт (72) П.А.Арсеньев, А.М.Стариков и Д.С.Холодный (53) 621.643 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
N 595580, кл. F 16 L 59/08, 1976.
Авторское свидетельство СССР
У 182556, кл. F 16 L 59/08, 1965.
Арсеньев П.А. и др. Соединения редкоземельных элементов. Системы с оксидами элементов I — III групп.
M.: Наука, 1983, с.254 °
Харламов А.Г. Теплопроводность высокотемпературных теплаизоляторов.
1979, с.64.
Изобретение относится к нагревательным устройствам и может быть использовано в химической промышленности при высокотемпературном синтезе керамических изделий и монокристаллов диэлектрических материалов.
Цель изобретения — получение от нагревателя требуемого осевого температурного градиента в рабочей зоне нагревателя.
Для достижения поставленной цели в конструкции, содержащей коаксиально расположенные отражающие цилиндры, внутренние отражающие цилиндры выполнены составными по оси из нескольких слоев, разделенных плоскими горизонтальными дисками, с числом коаксиальных отражающих элементов в
„.SU„„569512 А1 (57) Изобретение относится к нагре" вательным устройствам и может быть использовано в химической промышленности. Сущность изобретения заключается в получении от нагревателя осевого температурного градиента в рабочей зоне нагревателя с помощью выполнения теплового экрана составным по оси из нескольких слоев, разделенных плоскими горизонтальными дисками, с числом коаксиальнык отражающих элементов в каждом горизонтальном слое, . соответствующим заданному, 2 ил. каждом горизонтальном слое, соответствующим заданному осевому градиенту
Выполнение тепловых, экранов составными по оси из нескольких слоев, разделенных плоскими горизонтальными дисками, позволяет получить требуемый осевой градиент теплового поля за счет различного в каждом слое количества отражающих элементов ° Таким образом, формируется требуемый температурный градиент в рабочей зоне ! нагревателя.
На фиг.1 представлен предлагаемый тепловой экран на фиг,2 — распределение температуры вдоль вертикальной оси нагревателя в статическом тепловом:режиме с отражающими предлагаемым (Х) и известным (II) экранами.
1569512 где W
Е и
А
Тепловой экран состоит из внутренних отражающих цилиндров 1 и трех внешних нераэъемных коаксиальных теплоотражающих цилиндров 2-4 из листового молибдена. Внутренние отражаю5 щие цилиндры 1 выполнены составными по оси из четырех слоев, разделенных плоскими горизонтальными дисками 5.
При перемещении вдоль оси нагревателя сверху вниз число экранирующих элементов в каждом слое меняется следующим образом: в первом (сверху) слое установлено три экранирующих элемента 6-8, во втором слое — два экранирующих элемента 9 и 10, в .третьем слое — три экранирующих элемента 11-13, в четвертом слое — четыре экранирующих элемента 14-17. Каждый элемент является коаксиальным цилиндром. Вся конструкция размещается на керамических опорах 18. Внутри отражающих цилиндров 1 установлен нагреватель 19.
Принцип действия тепловых экранов 25 основан на отражении тепловой лучистой энергии, выделяемой нагревательным элементом. Для установления зависимости температурного градиента вдоль нагревателя от числа экранов в каждом горизонтальном слое применяют расчетно-экспериментальный метод. .Для определения распределения температуры вдоль нагревателя решается краевая задача для уравнения тепло35 проводности в стационарных условиях.
Для ее решения определяется вид функции распределения плотности мощности лучистой энергии вдоль вертикальной оси нагревателя f(Z) в зависимости от числа экранов в каждом гориэон тальном слое системы экранирования.
При одинаковом количестве экранов в каждом слое функция f(Z) может быть описана выражением 45
f (Z) = Е (1+А„cos - ), ((Z полудлина нагревателя, константы, определяемые из подсчета теплового потока от нагревателя к контейнеру при учете действия сплошных экранов с, одинако55 вым числом в каждом горизонтальном слое, отражающих часть рассеиваемой нагревателем энергии обратно к контейнеру.
Количество энергии излучения, передаваемого от:одного экрана к другому и от нагревателя к меньшему по размеру экрану в каждом слое определяется с учетом поглощательйых и отражательных характеристик обеих Ilo верхностей, а также с учетом углового коэффициента излучения в системе концентрических сфер. Коэффициент А
1 для системы известных экранов может быть принят равным 0,18.
Действие предлагаемого отражающего экрана основано на увеличении количества экранирующих элементов на участках с меньшей температурой до четырех в четвертом слое и трех в первом слое, что приводит к тому, что краевой эффект обнаруживается на более коротких участках. Испольl зование двух отражающих элементов во втором слое и трех в третьем слое приводит к уменьшению градиента температуры в-рабочей зоне вдоль вертикальной оси нагревателя. Рабочей зоной нагревателя цри выращивании монокристаллов методом вертикально направленной кристаллизации считывается участок, расположенный на уровне
1/4 — 1/3 его высоты, При выполнении тепловых экранов составными по оси с разным числом коаксиальных элементов в каждом горизонтальном слое расчет теплового потока ведется для каждого слоя аналогичным методом. Число слоев выбирается с учетом конечной длины нагревателя, составляющей 200 — 300 мм.
Чрезмерное их увеличение связано с трудностями технической реализации такой конструкции. Для практических целей достаточно 4 — 5 слоев, выражение для потока f(Z) при этом может быть аппроксимировано функцией
k н Zí
f(Z) = Е (;Е В, cos — - + 1), где К достаточно взять равным 3.
При необходимости создания иной формы кривой распределения температуры требуется располагать в каждом слое число экранирующих элементов, соответствующее поставленной цели.
Например, для создания в середине по вертикальной оси нагревателя участка с пониженной температурой, следует
5 . -$5695 применить пятислойную конструкцию тепловых экранов с числом экранирующих элементов в нижних и верхних слоях, первышающим,число экранирующих элементов в центральном слое .
Первоначальное число экранирующих элементов в каждом слое выбирают эм пирически, руководствуясь принципом: большей температуре на участке нагревателя вдоль его вертикальной оси
l соответствует большее число экранирующих элементов в слое, соответствующем этому участку, верны при оговорке на пренебрежение краевым эффектом. При выбранном числе экранирующих элементов в каждом слое и расстоянии между этими элементами производятся расчет функции f(Z) с последующим расчетом температурного 20 градиента и проверка его. на соответ12 ствие с заданным. В случае лохого соответствия производят изменение числа экранирушщих элементов; направленное на согласование расчетного температурного градиента с заданным.
Формула и з о б р е т е н и я
Тепловой экран, .содержащий теплоотражающие коаксиальные цилиндры, отличающийся тем, что, с целью получения при нагревании saданного осевого температурного гра" диента, внутренние отражакицие цилиндры выполнены составными по оси из нескольких слоев, разделенных плоскими горизонтальными дисками, с числом коакснальных отражающих элементов в каждом горизонтальном слое, соответствующим заданному осевому температурному градиенту.
1569512
Составитель Егоров
Редактор И.Горная Техред М.Ходанич Корректор О.Кравцова
Заказ 1434 Тираж 567 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101
tt (!
