ТЕПЛОВОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ
HEAT RADIATOR

Изобретение относится к химической промышленности и машиностроению и может быть использовано для нагрева поверхностей различных объектов до требуемой температуры методом лучистого теплообмена и, в частности, наиболее эффективно может быть использовано в вакууме, например работах, связанных с высоко температурными возгонками материалов при химическом синтезе новых материалов.
Известно устройство «ИЗЛУЧАТЕЛЬ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ», RU 2172453 С2, МПК 7 F26B 3/30, F24J 2/18. Заявка 99125050/06. Излучатель тепловой энергии состоит из нагревательного элемента, рефлектора, тепловой изоляции, размещенной на обратной от нагревательного элемента поверхности рефлектора по всей его площади, и экрана, закрепленного по оси симметрии рефлектора перед нагревательным элементом по всей длине последнего. По центру экрана, вдоль его продольной оси симметрии предусмотрена щель. Изобретение позволяет увеличить КПД излучателя тепловой энергии путем: увеличения плотности теплового потока со стороны излучателя на объект и тем самым исключения потерь энергии на рассеивание от нагревательного элемента вне объекта; снижения затрат электрической энергии для обеспечения нагрева объекта при проведении испытаний; уменьшения теплопритока на холодильник со стороны рефлектора и расхода жидкого азота при проведении испытаний в вакуумной термобарокамере. Конструкция излучателя тепловой энергии достаточно проста и не требует существенной доработки, а также ввода специальных производственных технологических линий.
Недостатком является низкий КПД использования вторичного излучения от разогреваемого материала. Нагревательный элемент находится в зоне нагрева материала, что ограничивает число возможных типов нагрева.
Известно устройство «ТЕПЛОВОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ», RU 2039343 С1, МПК 6 G01J 1/08, G02B 17/02. Заявка 4942157/10, 05.06.1991.
Использование: в качестве источника теплового излучения. Сущность: в тепловом излучателе нагреватель расположен на наружной поверхности сердечника, а его полость имеет форму эллипсоида вращения, поверхность которого выполнена отражающей, причем выходное отверстие полости излучателя расположено на большей оси эллипсоида.
Недостатком является использование в качестве формы излучателя эллипса вращения, т.к. эллипс по определению имеет больше 1 радиуса при построении, и это исключает точную фокусировку всего потока энергии в едином фокусе. Низкая возможность использования вторичного потока энергии, исходящего от нагреваемого материала. Это снижает КПД (Коэффициент Полезного Действия) всей системы.
Целью изобретения служит нагревание пастообразного материала до высокой температуры в условиях низкого вакуума с высоким КПД (коэффициентом полезного действия) использования первичного потока энергии излучателя.
Технический результат достигается тем, что тепловой излучатель для нагрева пастообразного материала до высокой температуры в условиях низкого вакуума и проведения высокотемпературного пиролиза пастообразного материала, содержащий корпус с полостью, выполненный в виде правильного цилиндра из жаропрочного материала с полированной внутренней поверхностью и торцевыми поверхностями цилиндра, и с пазом, выполненным вдоль оси вращения корпуса, нагреватель на наружной поверхности корпуса, барабан на валу, расположенный на оси вращения цилиндра, трубу с плоской фильерой, расположенную в пазе корпуса для подачи через нее пастообразного материала на барабан, трубу для удаления продуктов распада и синтеза и для создания низкого вакуума, закрепленный в корпусе скребок для отделения шлака с поверхности барабана и бункер накопитель.
На Фиг.1 изображено устройство «Тепловой излучатель».
Статика
Тепловой излучатель (Фиг.1) для нагрева пастообразного материала (1) до высокой температуры в условиях низкого вакуума и проведения высокотемпературного пиролиза пастообразного материала (1) содержит корпус (2) с полостью (3), выполненный в виде правильного цилиндра (4) из жаропрочного материала с полированной внутренней поверхностью (5) и торцевыми поверхностями (6) цилиндра (7) и с пазом (8), выполненным вдоль оси вращения (9) корпуса (2), нагреватель (10) на наружной поверхности (11) корпуса (2), барабан (12) на валу (13), расположенный на оси (9) вращения цилиндра (4), трубу (14) с плоской фильерой (15), расположенную в пазе (8) корпуса (2) для подачи через нее пастообразного материала (2) на барабан (12), трубу (16) для удаления продуктов распада и синтеза (17) и для создания низкого вакуума, закрепленный в корпусе (2) скребок (18) для отделения шлака (19) с поверхности барабана (12) и бункер-накопитель (20)
Работа устройства
Нагреватели (10) могут быть различного типа, а именно газовые горелки любого типа, индуктивный нагреватель, электрический нагреватель на основе ТЭНов, прямой электрический разогрев от пропускания по корпусу (2) электрического тока. Разогретая полированная внутренняя поверхность (5) в полости (3) начинает излучать поток энергии. Его мощность зависит от плотности потока и площади излучения. В цилиндрическом излучателе вся энергия идет в вакууме в форме потока квантов энергии инфракрасного диапазона, идет от перпендикулярной плоскости в точках излучения, в направлении оси вращения (9) цилиндра (4). При этом энергия у оси вращения (9) цилиндра прямо пропорциональна коэффициенту отношения пощади излучаемой поверхности к площади нагрева барабана (12). Разогревая полированную внутреннюю поверхность (5) до температуры в 400-600°С, например, при отношении площадей 100 к 1 на поверхности разогреваемого барабана (12) с учетом потерь на рассеивание и расстояние, можно получить температуру до 10000°С. Излучаемая вторичная энергия от разогретого барабана (12) отражается от полированных поверхностей цилиндра и возвращается к барабану, а полированные торцевые поверхности (6) цилиндра (4) в корпусе (2) обеспечивают полное внутреннее отражение инфракрасных лучей. Таким образом, резко повышается КПД использования первичного теплового потока. Из трубы (14) подается пастообразный материал (2), который проходит через плоскую фильеру (15) и налипает тонким слоем на барабан (12). От сконцентрированного потока инфракрасных лучей в вакууме происходит разогрев пасты (10) до температуры в 3000-4000°С. Барабан (12) вращается от привода (на чертеже не показан). Происходит высокотемпературный пиролиз материала. Шлак (19) налипает на барабан (12). Скребок (18) отделяет шлак (19) в бункер-накопитель (20) шлака. Газообразные продукты пиролиза удаляются через трубу (16).
Технико-экономические показатели относительно прототипа значительно выше, т.к. снижается потребляемая энергия для первичного потока и увеличивается КПД системы. Имеется возможность беспрерывной работы по пиролизу материала.
Перечень позиций
1 - пастообразный материал
2 - корпус
3 - полость
4 - правильный цилиндр
5 - полированная внутренняя поверхность
6 - торцевая поверхность
7 - цилиндр
8 - паз
9 - ось вращения
10 - нагреватель
11 - наружная поверхность
12 - барабан
13 - вал
14 - труба
15 - плоская фильера
16 - труба
17 - продукты распада и синтеза
18 - скребок
19 - шлака
20 - бункер-накопитель