专利名称：包括热障的炉子和加热装置及与所述炉子相关联的加热方法
包括热障的炉子和加热装置及与所述炉子相关联的加热方法本发明涉及一种炉子，该炉子包括热障，该热障能够使热量朝向所希望的方向，向着待加热的物体。炉子包含至少一个用来加热物体的热源。热源自然地趋向于在所有方向上加热。 即便热量通过反射或者通过装置壁的辐射而间接地向着待加热的物体返回，也必定由于没有使产生的全部热量都集中向待加热的物体而损失所产生的热量的一大部分。在任何类型的加热装置中一般都有这个问题，并且在玻璃加热炉子中尤为如此。同样希望改善加热速度，而且如果可能，希望在不降低效率的情况下降低运行温度。给装置带来的改善不可以伴有例如有效容积减小或生产质量降低的缺点。特别地，为了节省能量，希望改善用于通过重力来弯曲玻璃板的炉子的热效率。炉子包括热源，该热源可以是火焰或电阻。在加热在隧道炉中移动的玻璃板以使其弯曲的情况下，可以列举W02007138214和W02006095007，这些专利文件教导了使用设置在炉顶的电阻。这些电阻设置在炉子耐火砖和待加热的物体(在搬运车上运输的玻璃板) 之间。没有设置什么特殊的东西来把电阻的辐射引向玻璃，这使得在某种程度上主要是由炉子的壁来起这个作用。GB2201670教导了硅铝酸盐类型的陶瓷反射件，这些陶瓷反射件相对于加热件设置在玻璃的后方，以便把辐射重新引向玻璃。EP0659697教导了竖直设置的反射屏，用以限制辐射的铺展。这些元件可以升高或降低。这些元件由Fiberfrax纤维(硅铝酸盐)或与Fiberfrax类型纤维状硅铝酸盐相关联的钢、或SiC、Si3N4、氧化硅的复合物组成。Fiberfrax类型的板安装之前易于切割，但这些板在第一次加热之后变得易断易碎。另外，这些板在第一次加热时发出烟(有机粘结剂消失)。没有指出Fiberfrax固定在钢上的方式。在热源后方没有放置任何屏。US7331198描述了加热件与陶瓷板和温度均化板的关联。陶瓷板相对于玻璃位于电加热丝的后方，而均化板则位于加热丝和玻璃之间。该陶瓷板充当加热丝的支撑。均化板用于使辐射温度均勻化。该均化板充当辐射屏。EP0133847教导了用红外发射管附近的纤维状氧化铝陶瓷壁和石英管来进行加热。US2005/034850教导了位于炉子壁和待加热物体之间的反射器。该反射器可以是金属制的，并可以覆盖有陶瓷，但使得陶瓷不朝向待加热的物体。JP60038534教导了在200至400°C之间使用的反射器，该反射器包括膜，该膜在金属上包含氧化物。该反射器对于小于4-5 μ m的波长具有低的发射率(小于0. 4-0. 5)，而对于大于4-5 μ m的波长则具有高的发射率(大于0. 85-0. 90)。人体对大于4 μ m的波长更敏感，所获得的红外线辐射产生对于人体是舒适的热效应。由于使用包含NiC、SiC聚合物的涂料作为粘结剂，避免了热量对膜的损坏，所述涂料耐受约300°C的温度。在300°C下，从其发射率来看，普通的不锈金属是稳定的。玻璃的弯曲要求使得玻璃达到在500°C和800°C之间的温度。为了使得玻璃具有该温度，加热系统必须比玻璃所期望的温度高至少200°C。这意味着加热系统发射峰值的波长必须小于3. 1 μ m(对应于700°C温度的波长)，甚至小于约2. 8 μ m(对应于800°C温度的波长)。根据本发明，力求使电阻的辐射朝向待加热的物体。为了使电阻辐射尽可能地朝向物体，本发明人首先考虑在这些电阻后方放置 Monalite类型的陶瓷板或316Ti类型的钢板，以充当热障。这两种材料事实上由于其大的反射率而可以良好地反射热辐射。但已观察到对加热效率的微弱影响。另外，陶瓷板趋向于粉碎，而在待加热的物体上有由此脱离的颗粒。同样已经观察到，即便该金属板良好地耐受测试温度(约650°C )，其表面也趋向于变暗，并在表面氧化的作用下变得凹凸不平。使用在炉子耐火材料的领域内常用的脆性材料是有问题的，因为从该脆性材料上脱离的颗粒会污染待加热的物体并对被分配来操作它们的人员造成卫生问题。现已发现，陶瓷材料和金属材料的组合可以对加热效率带来明显的改善。金属材料带来支撑的紧密型和坚固性，以及其易加工性和易成形性，而陶瓷材料则带来其高的热稳定性和反射率。这种关联还允许使用通过在火焰中的雾化来沉积的技术，这导致具有良好的完整性、不会粉碎而且良好地与基片粘附的陶瓷覆层。根据本发明的复合障板的另一个优点在于其小的厚度，若与整体陶瓷板比较，该复合障板在炉子中释放相当大的空间。该小的质量同样表现为小的热惯性，这在改变温度阶段中是有利的。于是，本发明涉及一种用于在包括耐火陶瓷壁和热源的场所加热物体的炉子，该炉子包括至少一个金属板，该金属板设置在所述壁和所述源之间，并在其主要表面之一上覆有陶瓷材料粘附层，该粘附层面向热源。该物体尤其可以包括或者可以是玻璃板。特别地，玻璃板可以布置在通过重力来弯曲的模具上，所述模具可以是框架类型的，尤其骨架类型的。在通过重力来弯曲之后，该弯曲可以通过加压弯曲步骤来完善。该板是由耐受使用温度的金属制成的。在玻璃板弯曲炉的情况下，可以使用钢 (例如例如316Ti、304L、316L、441，NS30的奥氏体、铁素体或马氏体钢类型的不锈钢)、金属或者耐火金属合金，例如镍，尤其是因科镍合金。没有覆层的金属板厚度一般为0. 5至 5mm ο该粘附层由无机材料构成，该无机材料是陶瓷。该陶瓷由于其沉积方法而粘附在该金属板表面上，必要时借助于中间钩接层，其中所述沉积方法或者是通过等离子体炬进行的沉积(英语为Plasma spray或Thermal spray)，或者是电子束辅助的热蒸发(英语为Electron Beam Evaporation或e—beam evaporation)。该良好的粘附部分地基于化学元素从基片向覆层和从覆层向基片的相互扩散。该覆层在金属板上特别粘附且结实，并良好地承受由装置的停止和恢复温度所产生的热冲击。该粘附性一般至少为lOMPa。维氏硬度一般高于500Hv0. 3，更一般地包括在600和900Hv0. 3之间。该层的陶瓷至少在其自由表面上优选地具有高的总红外反射，尤其在2 μ m和5 μ m之间大于30%。因此，该层的材料比壁的陶瓷的材料反射更多的红外线。其表面，即其自由表面(没有被另一材料所覆盖)，或者甚至其整体可以包括或基于氧化铝或氧化锆，尤其是掺杂钇或钙或镁的氧化锆。术语“基于”指的是材料包含在重量上超过50%的例如氧化锆或掺杂氧化锆。特别是由于其高的热膨胀系数，氧化锆是优选的材料，其高的热膨胀系数允许氧化锆良好地跟随金属基片在温度变化的作用下的变形。该陶瓷的厚度优选地包括在20 μ m和3mm之间。该陶瓷的表面可以是手工抛光或借助于机械磨床来抛光，以便增大红外反射或使红外反射更有方向性。在通过在火焰中喷射来沉积陶瓷的情况下，建议预先在金属基片上沉积钩接层，尤其是所谓 “Nicral”的Ni-Cr-Al合金类型的钩接层。这个钩接层的厚度一般包括在10 μ m和500 μ m 之间。这个钩接层被认为不构成“陶瓷材料层”的一部分。该钩接层可以通过任何适宜的方法来沉积，尤其是通过等离子体炬、或通过电子束辅助的热蒸发、或通过PVD来沉积。事实上，用同一方法、尤其是用等离子体炬来沉积钩接层和陶瓷层更加简单。该热源可以是能够尤其处于炉子中的任何热源，例如火焰或电阻。该热源可以是所谓“绕线电阻”的电阻，该电阻由围绕陶瓷材料管缠绕的金属丝来构成。热源同样可以是福身寸陶瓷砖(法文为 PCR,英文为 ceramic infrared radiator 或 ceramic infrared heater) 0 PCR是包含电阻的陶瓷块。PCR的陶瓷用于保持和保护电阻。PCR中的电阻可以是呈螺旋弹簧形式或在平面中起伏的螺旋电阻。有覆层的金属板设置在炉子壁和热源之间。这尤其意味着存在壁的法线，当从壁出发时，该法线通过所述有覆层的板，接着通过所述热源。该法线接着通过设置为用于加热物体的场所，因而必要时通过物体本身。当从壁出发时，该法线在壁和板之间没有遇到任何固体元件。当从该热源出发时，该法线在该热源和物体场所甚至物体之间没有遇到任何固体元件。该板可以包括孔，尤其是用于固定到炉子壁，或者为了让电连接件通过，或者为了与热源固定，或者用于允许用光学温度测量设备(高温计)直接对准。优选地，在有覆层的板和热源之间留出空间。该充满环境空气的空间构成隔离空气垫。当它是固体时，特别是在PCR的情况下，可以用间隔件系统来固定该板和热源。于是，优选地，在该热源的“第一”侧和该有覆层的板之间形成2mm至100mm、优选地为IOmm至 60mm的“第一”自由空间。该第一自由空间对应于相对于待加热的物体位于热源背面的空间。可以用根据本发明的板组来包围热源，只留出一侧(所谓“开放”侧)，以使得热量更好地引向开放侧的方向，该方向对应于所希望的加热方向。这种配置允许更好地封闭存在于热源和该板之间的可能的空气垫。在这种情况下，在该源的第一侧和有覆层的板之间的第一自由空间具有已经给定的距离(2mm至100mm，优选地为IOmm至60mm)，在其他非开放侧上的、在该板和热源之间的其他自由空间一般小于所述第一自由空间，尤其小于8mm。优选地，该金属板在其两个主要表面上覆盖有陶瓷材料。根据本发明的炉子尤其可以是隧道炉。特别地，待加热的物体可以在隧道炉的内部移动。该源和有覆层的板(设置在炉子壁和该源之间)构成模块。特别地，该源和该板可以例如通过间隔件系统来固定在一起。根据本发明的炉子可以包括多个并置的这样的模块。这些模块可以彼此独立地被供给，以考虑待加热物体的位置和待加热物体的形状。若物体在该炉子中、例如在隧道炉中移动，则可以根据物体在炉子中的位置来控制对该源的供给(尤其是在对电阻供给时的供电)。根据本发明的板至少设置在源和炉子壁之间。此外，该板同样可以借助于赋予该板的特殊形状来至少部分地在源的侧面包围该源，以使侧向辐射朝向待加热物体的场所。 (在施加陶瓷覆层之前)可以通过冲制、折叠或者装配、尤其是通过焊接各个板部分来赋予该板该特殊形状。本发明含义下的板同样可以是板组，其中一个是在源和壁之间的“底”板，而其他是“侧”板，即位于该源周围。当然，留出位于源和待加热物体的场所之间的空间。这些侧面或侧壁一般在玻璃上留下热压痕(由于在它们与玻璃之间没有物体而造成)。用偏光镜技术可以看见该压痕。根据该技术，偏振滤光片(该偏振滤光片被放置在光线通道上以将其偏振化)放置在光源和根据本发明来实现的玻璃(带有侧面或侧壁)之间；第二偏振滤光片放置在该玻璃和观察者之间。第二滤光片的偏振方向相对于第一滤光片的偏振方向以90°C定向。若使用侧面或侧壁，则在被处理的玻璃区域中出现对比线。这些线事实上是由这些壁的较冷的温度所造成的痕迹。于是，模块可以例如包括热源(尤其是电阻或PCR类型的)和侧板(垂直于炉子壁布置)以及底板(设置在源和炉子壁之间)，每块板都是根据本发明的，即每块板都是金属的并覆有陶瓷材料粘附层。侧板的数量可以例如是四个。覆层位于板面向源的主要表面上。同样性质的覆层也可以设置在板的另一主要表面上。尤其可以有这样的组合，即侧板在唯一一个表面上被覆盖，并且底板在唯一一个表面上被覆盖。同样可以有这样的组合，即侧板在唯一一个表面上被覆盖，而底板则在其两个表面上被覆盖。同样可以有这样的组合， 即侧板在其两个表面上被覆盖，而底板则在唯一一个表面上被覆盖。同样可以有这样的组合，即侧板在其两个表面上被覆盖，并且底板在其两个表面上被覆盖。在并置的模块的情况下，一般可以有同时用于并置的两个模块的侧板，在这种情况下，侧板在其两个表面上覆盖有陶瓷。本发明同样涉及以一般方式使用在其主要表面之一上覆有陶瓷材料粘附层(尤其是通过等离子体炬来沉积)的金属板，来定向热辐射。本发明同样涉及一种加热装置，该加热装置包括热源和金属板，该金属板在其主要表面之一上覆有陶瓷材料粘附层，该粘附层面向该源，所述板围绕所述热源，至少一个连接至该热源的固定杆穿过所述板，所述板分成多个部分而且可以通过至少一个孔围绕着所述固定杆来组装，所述孔的周缘属于所述板的不同部分。这样的装置(或模块)对于将热辐射引向待加热的物体是特别有用的。术语“围绕热源”指的是该源完全被包括在由该金属板的内部表面所限定的容积内，正如下文所述的
图1和图2的装置的情况。该装置分成多个可组装的部分，以便于安装和拆卸，并使得能够安装在最初没有设置用于接收该装置的炉子上。该板各个部分的组装可以通过舌片/槽系统或例如螺钉/螺栓类型的其他任何机械系统来实现。该金属板包括至少一个、一般为两个的孔，该孔允许让至少一个用于固定在炉子的壁(该术语应当在其最大的意义范围内解释顶部、底部、侧壁等)上的杆通过。该孔在该金属板的不同部分之间分享，以使得该孔仅在该装置组装好时才形成。这允许安装或拆卸该金属板，而不必触及该杆，因为该孔是围绕该杆来形成或消失的。于是，当拆卸该板时，可以看到该孔的周缘(或轮廓)是由不同部分来分享的。固定杆可以用作为该源供电的导电体。在这种情况下，这些固定杆的数量可以是两个。于是，本发明还涉及一种加热装置，该加热装置包括热源和金属板，该金属板在其主要表面之一上覆有陶瓷材料粘附层，所述板围绕所述热源，至少一个连接至该热源的固定杆穿过所述板，所述板分成多个部分，而且可以通过至少一个孔来围绕所述固定杆组装，所述孔的周缘属于所述板的不同部分。该粘附层设置在该板面向源的一侧。特别地，该热源可以是电的，至少两个固定杆连接至该热源并穿过该板(在组装的状态下)，该至少两个杆传导热源所消耗的电。本发明同样涉及一种由根据本发明的炉子或者装置来保证的物体加热方法。该加热尤其可以用来通过重力使放置在弯曲框架上的玻璃板弯曲。尤其在这个应用中，有覆层的金属板一般处于包括在700°C和1000°C之间的温度下。作为示例，将根据本发明的复合障板的效率一方面与厚度等于20mm的 Monalite (硅铝酸盐)板进行了比较，另一方面与厚度等于2mm的、没有覆层的316钢板进行了比较，另外所有几何尺寸都是相等的。源是放置为面向玻璃板的PCR。根据本发明的热障包括316Ti不锈钢板和位于PCR侧的氧化锆覆层。测量装置为图3的测量装置。炉子包括600°C环境加热装置(绕线电阻)和PCR。在绕线电阻和玻璃之间设置屏，以避免直接辐射。这样，该玻璃只受PCR的直接辐射。玻璃和PCR之间的距离是100mm。该板和PCR之间的距离是20mm。该PCR由1200瓦电功率来供电。一旦达到热平衡，便测量被加热的玻璃板的温度。表1汇总了结果。表 权利要求
1.一种用于在包括耐火陶瓷壁和热源的场所加热物体的炉子，其特征在于，所述炉子包括至少一个金属板，所述金属板在其主要表面之一上覆有陶瓷材料粘附层，所述有覆层的板设置在所述壁和所述源之间，所述粘附层面向所述源。
2.如权利要求1所述的炉子，其特征在于，存在所述壁的法线，当从所述壁出发时，该法线穿过所述板，接着穿过所述源。
3.如权利要求2所述的炉子，其特征在于，所述法线接着穿过所述场所。
4.如上述权利要求中任一项所述的炉子，其特征在于，所述层通过等离子体炬或电子束辅助的热蒸发来沉积。
5.如上述权利要求中任一项所述的炉子，其特征在于，所述层的材料比所述壁的陶瓷材料反射更多的红外线。
6.如上述权利要求中任一项所述的炉子，其特征在于，所述粘附层的自由表面基于氧化锆。
7.如上述权利要求中任一项所述的炉子，其特征在于，所述金属板是由钢或镍合金制成的。
8.如上述权利要求中任一项所述的炉子，其特征在于，所述层的材料的总红外反射在 2 μ m禾口 5 μ m之间大于30%。
9.如上述权利要求中任一项所述的炉子，其特征在于，所述层的材料的表面基于氧化锆或掺杂的氧化锆，在所述金属板和所述陶瓷材料层之间可能有钩接层。
10.如上述权利要求中任一项所述的炉子，其特征在于，所述热源包括电阻，并尤其是辐射陶瓷砖。
11.如上述权利要求中任一项所述的炉子，其特征在于，所述源的第一侧和所述有覆层的板之间的自由空间为2mm至100mm。
12.如上述权利要求中任一项所述的炉子，其特征在于，所述板在其两个主要表面上覆盖有陶瓷材料。
13.如上述权利要求中任一项所述的炉子，其特征在于，所述板围绕所述源，除了在所谓开放侧。
14.如权利要求13所述的炉子，其特征在于，在所述源朝向所述壁的第一侧和所述有覆层的板之间的第一自由空间为2mm至100mm，优选地为5mm至60mm，所述炉子的特征还在于，所述板和所述源之间的、在其他的非开放侧上的其他自由空间小于所述第一自由空间， 尤其小于8mm ο
15.如上述权利要求中任一项所述的炉子，其特征在于，所述炉子包括多个模块，每个所述模块都包括板和源。
16.如权利要求15所述的炉子，其特征在于，所述模块的源包括彼此独立地被供电的电阻。
17.一种加热装置，所述加热装置包括热源和金属板，所述金属板在其主要表面之一上覆有陶瓷材料粘附层，所述粘附层面向所述源，所述板围绕所述热源，至少一个连接至所述热源的固定杆穿过所述板，所述板分成多个部分，并能够通过至少一个孔来围绕所述固定杆组装，所述孔的周缘属于所述板的不同部分。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述热源是电的，至少两个固定杆连接至所述热源并穿过所述板，并且所述至少两个杆传导由所述热源消耗的电。
19.一种物体加热方法，其特征在于，所述加热由如上述权利要求中任一项所述的炉子或装置来保证。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述物体包括玻璃板，所述方法的特征还在于，所述加热保证通过重力来使放置在弯曲框架上的玻璃板弯曲。
21.如上述方法权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述有覆层的金属板处于包括在700°C和1000°C之间的温度下。
全文摘要
本发明涉及一种炉子，该炉子用于在包括耐火陶瓷壁和热源的场所加热物体，所述炉子的特征在于，该炉子包括至少一个在其主要表面之一上覆有陶瓷材料粘附层的金属板，所述有覆层的板设置在所述壁和所述源之间，所述粘附层面向所述源。有覆层的金属板用作热障，并改善热源的加热效率。该炉子尤其可以用于通过重力来使放置在弯曲框架上的玻璃板弯曲。
文档编号F24C7/06GK102387998SQ201080016186
公开日2012年3月21日 申请日期2010年4月6日 优先权日2009年4月8日
发明者C·德尔福热, C·马许拉, S·贝拉尔, X·方东 申请人:法国圣戈班玻璃厂