Тепловой экран

(54) ТЕПЛОВОЙ ЭКР ический ин с выГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ ГКНТ СССР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(46) 07.06.90, Бюл. Р (71) Московский энерг тут(56) Авторское свидетельство СССРВ 595580, кл. Р 16 1. 59/08, 1976.Авторское свидетельство СССРУ 182556, кл. Р 16 1. 59/08, 1965.Арсеньев П.А. и др. Соединенияредкоземельных элементов. Системыоксидами элементов 1 - 111 групп.М.: Наука, 1983, с.254Харламов А,Г. Теплопроводностьсокотемпературных теплаизоляторов1979, с.б 4. 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 коаксиаль. но расположенные отражающие цилиндры, внутренние отражающие цилиндры выполнены составными по оси из нескольких слоев, разделенных плоскими горизонтальными дисками, с числом коаксиальных отражающих элементов в(57) Изобретение относится к нагре"вательным устройствам и может бытьиспользовано в химической промьпдленности. Сущность изобретения заключается в получении от нагревателя осевого температурного градиента в рабочей зоне нагревателя с помощью выполнения теплового экрана составным пооси из нескольких слоев, разделенныхплоскими горизонтальными дисками, счислом коаксиальных отражающих элементов в каждом горизонтальном слоесоответствующим заданному, 2 ил. каждом горизонтальном слое, соответствующим заданному осевому градиентуВыполнение 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 элементовТаким 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 (1) и известным (11) экранами.50 Тепловой экран состоит из внутренних отражающих цилиндров 1 и трех внешних нераэъемных коаксиальных теплоотражающих цилиндров 2-4 из листо 5 вого молибдена. Внутренние отражающие 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 цилицдром, Вся конструкция размещается на керамических опорах 18. Внутри отражающих цилиндров 1 установлен нагреватель 19.Принцип действия тепловых экранов 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 теплопроводности в стационарных условиях. Для ее решения определяется вид функции распределения плотности мощности лучистой энергии вдоль вертикальной оси нагревателя Х(Е) в зависимости от числа экранов в каждом гориэон тальном слое системы экранирования. При одинаковом количестве экранов в каждом слое функция 2(Е) может быть описана выражением 45 полудлина нагревателя,константы, определяемые из подСчета теплового потока от нагревателя к контейнеру при учете действия55 сплошных экранов с, одинаковым числом в каждом горизонтальном слое, отражающих часть рассеиваемой нагревателем энергии обратно к контейнеру.1Количество энергии излучения, передаваемого от одного экрана к другому и от нагревателя к меньшему поразмеру экрану в каждом слое определяется с учетом поглощательйых и отражательных характеристик обеих поверхностей, а также с учетом углового коэффициента излучения в системеконцентрических сфер. Коэффициент А,для системы известных экранов можетбыть принят равным 0,18.Действие предлагаемого отражающего экрана основано на увеличении количества экранирующих элементов научастках с меньшей температурой дочетырех в четвертом слое и трех впервом слое, что приводит к тому,что краевой эффект обнаруживаетсяна более коротких участках, Использование двух отражающих элементов вовтором слое и трех в третьем слоеприводит к уменьшению градиента температуры в рабочей зоневдоль вертикальной оси нагревателя. Рабочей зоной нагревателя цри выращивании монокристаллов методом вертикально направленной кристаллизации считывается участок, расположенный на уровне1/4 - 1/3 его высоты,При выполнении тепловых экрановсоставными по оси с разным числомкоаксиальных 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 струдностями технической реализациитакой конструкции. Для практическихцелей достаточно 4 - 5 слоев, выражение для потока Й(Е) при этом можетбыть аппроксимировано функцией кИЕнй(Е) = Е (;Е Всоз - - + 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-5695 применить пятислойную конструкцию тепловых экранов с числом экранирую" щих элементов в нижних и верхних слоях, первышающим,число экранирующих элементов в центральном слое; Первоначальное число экранирующих элементов в каждом слое выбирают эмпирически, руководствуясь принципом: большей температуре на участке нагревателя вдоль его вертикальной оси 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 Г(Е) с последующим расчетом температурного 20 градиента и проверка его. на соответ 12 фствие с заданным, В случае плохого 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 яТепловой экран, .содержащий тепло- отражающие коаксиальные цилиндры, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью получения при нагревании заданного осевого температурного гра" диента, внутренние отражакицие цилиндры выполнены составными по оси из нескольких слоев, разделенных плоскими горизонтальными дисками, с числом коакснальных отражающих элементовв каждом горизонтальном слое, соответствующим заданному осевому температурному градиенту.1569512 Составитель ЕгГорная Техред М.Ходани О.Кравцова мрре еда Заказ 1434 Тираж 567 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 45 ГКНТ ССС