ТЕРМОПЕЧЬ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
BATCH-OPERATED THERMOFURNACE

Изобретение относится к термическому оборудованию периодического действия, в частности к низкотемпературным камерным электрическим печам сопротивления периодического действия и полимеризационным газовым автоклавам, в которых происходит отверждение изделий из полимерных материалов с заданной скоростью нагрева и охлаждения.
В настоящее время при изготовлении изделий из полимерных композиционных материалов используются низкотемпературные камерные электрические печи сопротивления периодического действия с разомкнутой или замкнутой схемой циркуляции атмосферы в процессах нагрева и охлаждения изделий (Гутман М.Б. и др. Электрические печи сопротивления с принудительной циркуляцией атмосферы М.: Энергоатомиздат, 1985, с.102-109).
Такие термопечи характеризуются большим расходом энергоресурсов, используемым в основном на периодический нагрев внутренних конструкций и теплового ограждения печей, при этом не обеспечивается заданная скорость охлаждения изделий в рабочих камерах и увеличиваются длительности периодов охлаждения из-за большой теплоемкости теплоизоляции и других внутренних конструкций термопечей.
По совокупности существенных признаков в качестве прототипа выбрана термопечь периодического действия с замкнутой схемой циркуляции атмосферы, содержащая корпус с теплоизоляцией, нагреватель, охладитель, внешний и внутренний циркуляционные экраны с вентилятором (Патент США №6821114, НПК 432-81, опуб. 23.11.2004).
В прототипе для нагрева изделий осуществляются большие затраты энергоресурсов, так как периодически производится повышение температуры теплоизоляции рабочей камеры, нагревателя и других внутренних конструкций термопечи. Кроме того, при охлаждения изделий не обеспечивается заданная скорость изменения температуры изделий, так как одновременно с изделиями охлаждаются и внутренние конструкции термопечи обладающие большой теплоемкостью.
Технический результат изобретения заключается в сокращении расхода энергоресурсов при работе термопечи, обеспечении заданной скорости охлаждения изделия и повышении производительности термопечи.
Для достижения этого технического результата в предлагаемой термопечи периодического действия, содержащей корпус с наружной теплоизоляцией, нагреватели, канал между внешним циркуляционным экраном и корпусом, охладитель, нагреваемые и охлаждаемые изделия в рабочей камере, ограниченной внутренним циркуляционным экраном, вентилятор, внешний циркуляционный экран выполнен из материала с низкой теплопроводностью и снабжен заслонками, перекрывающими при нагреве изделий канал между внешним и внутренним циркуляционными экранами, а при охлаждении изделий канал между корпусом и внешним циркуляционным экраном.
На фиг.1 представлена схема предлагаемой термопечи в период нагрева изделий.
На фиг.2 приведена схема предлагаемой термопечи в период охлаждения изделий.
Термопечь периодического действия состоит из корпуса 1 с наружной теплоизоляцией 2. В корпусе 1 располагается внешний циркуляционный экран 3, в котором установлен внутренний циркуляционный экран 4, образующий рабочую камеру 5 термопечи. Нагреваемые и охлаждаемые изделия 6 размещают в рабочей камере 5 через загрузочную дверь 7. В канале между внешним циркуляционным экраном 3 и корпусом 1 установлен нагреватель 8. Вентилятор 9 с приводом обеспечивает перемещение воздуха в рабочей камере 5. Температура изделий 6 в рабочей камере 5 измеряется датчиком 10, сигнал от которого регистрируется прибором 11 и используется для регулирования скорости работы вентилятора 9. Между вентилятором 9 и корпусом 1 располагается охладитель 12, который подключен через вентиль 13 к системе подачи охлаждающей жидкости. Внешний циркуляционный экран 3 выполнен из материала с низкой теплопроводностью и снабжен заслонками 14. При нагреве изделий 6 в рабочей камере 5 канал между внешним 3 и внутренним 4 циркуляционными экранами перекрывается заслонками 14 (см. фиг.1), а при охлаждении изделий 6 заслонки 14 закрывают канал между корпусом 1 и внешним циркуляционным экраном 3 (см. фиг.2). Термопечь периодического действия работает следующим образом. Изделие 6 помещают в рабочую камеру 5, заслонками 14 перекрывают канал между внешним 3 и внутренним 4 циркуляционными экранами, загрузочная дверь 7 закрывается, включается вентилятор 9 и воздух начинает двигаться в канале между внешним циркуляционным экраном 3 и корпусом 1, как показано на фиг.1. Далее нагреватель 8 включается и повышает температуру циркулирующего воздуха, обеспечивая заданную скорость нагрева изделия 6.
После выдержки изделия 6 при заданной температуре и отключении нагревателя 8 необходимо осуществить охлаждение изделия 6 с заданной скоростью.
В период охлаждения изделий 6 заслонки 14 перемещаются в положение, при котором перекрывается канал между корпусом 1 и внешним циркуляционным экраном 3 и открывается канал между внешним 3 и внутренним 4 циркуляционными экранами (см. фиг.2). Открывается вентиль 13, жидкость поступает в охладитель 12 и происходит уменьшение температуры воздуха в рабочей камере 5 и охлаждение изделий 6. Внешний циркуляционный экран 3, выполненный из материала с низкой теплопроводностью, и закрытые заслонки 14 препятствуют охлаждению нагревателя 8 и корпуса 1 с наружной теплоизоляцией 2, что позволяет охлаждать изделия 6 с заданной скоростью. При достижении изделиями 6 заданного уровня температур по показанию датчика 10 цикл термообработки завершается, перекрывается вентиль 13, прекращается подача охлаждающей жидкости в охладитель 12 и охлажденные изделия 6 удаляются через загрузочную дверь 7 из рабочей камеры 5 печи. При повторной загрузке других изделий 6 в рабочую камеру 5 заслонки 14 перекрывают канал между внешним 3 и внутренним 4 циркуляционными экранами и открывают циркуляцию воздуха в канале между корпусом 1 и внешним циркуляционным экраном 3 (см. фиг.2). Начальный нагрев рабочей камеры 5 и изделий 6 осуществляется за счет теплоты, сохраненной в корпусе 1 и наружной теплоизоляции 2 и других внутренних конструкциях термопечи, которые в период охлаждения изделий 6 оставались в подогретом состоянии. Последующий нагрев изделий 6 завершается после включения нагревателя 8. Таким образом, при периодическом действии термопечи и многократной загрузке изделий 6 в рабочую камеру 5 существенно сокращаются затраты энергоресурсов на работу термопечи.
Использование данного технического решения предполагается в низкотемпературных камерных электропечах сопротивления периодического действия и в полимеризационных газовых автоклавах, используемых для отверждения авиационных конструкций из полимерных композиционных материалов. Сохранение повышенной температуры корпуса и наружной теплоизоляции в процессе охлаждения отверждаемых полимерных изделий позволяет обеспечить экономию энергетических ресурсов на 20-30% в процессе нагрева последующей партии отверждаемых изделий при непрерывной ритмичной эксплуатации термопечей. Наряду с энергосбережением при реализации предлагаемого технического решения обеспечивается достижение заданного режима охлаждения (1-2°С/мин), что повышает качество отверждаемого полимерного композиционного материала и производительность термопечей за счет сокращения продолжительности периода охлаждения.