具有双隔热壁结构的加热炉的制作方法

本公开涉及具有双隔热壁结构的加热炉。

背景技术：

已知的是这样一种真空隔热结构：在该真空隔热结构中，在外管件内部设置有内管件以形成双管件，并且在外管件与内管件之间形成的空间的口被密封使得在内管件与外管件之间形成真空空间。日本未审查专利申请公报no.h6-189861公开了一种由不锈钢材料形成的真空隔热结构，在该真空隔热结构中，外管件和内管件是在低温下经退火处理的。

技术实现要素：

本发明人已经发现以下问题。已知的是应用了上述真空隔热结构的加热炉(即，具有双隔热壁结构的加热炉)。也就是说，在具有双隔热壁结构的加热炉(下文中也被称为“双隔热壁结构加热炉”)中，内管件内部的空间用作加热空间，并且加热空间是通过在内管件与外管件之间形成的真空空间而与外部热切断(即，热隔离)。容纳在内管件内部的待被加热的物体通过加热源、比如设置在内管件内部的加热器而被加热至加热温度。

图7是用于说明与本公开要解决的问题有关的双隔热壁结构加热炉501的示意性横截面。应当指出的是，图7所示的右手xyz坐标系是为了便于说明部件间的位置关系而示出的。图7的上部分示出了处于未加热状态的双隔热壁结构加热炉501，并且图7的下部分示出了处于加热状态的双隔热壁结构加热炉501。

如图7所示，双隔热壁结构加热炉501包括外管件502和内管件503。内管件503设置在外管件502内部。外管件502和内管件503由金属材料、比如不锈钢制成。内管件503和外管件502通过设置在内管件503与外管件502之间的波纹管505而在内管件503的两个端部和外管件502的两个端部处彼此连接。此外，在外管件502与内管件503之间形成有密封空间508。密封空间508是经减压的真空空间，并且外管件502和内管件503通过该真空空间而彼此热隔离。在内管件503内部形成的空间用作加热空间513。

当加热空间513通过加热源514、比如加热器而从图7的上部分所示的未加热状态被加热至约1,000℃的高加热温度时，金属的内管件503沿径向方向和轴向方向热膨胀并且软化。因此，金属的内管件503的强度降低。因此，如图7的下部分所示，存在下述可能性：内管件503可能因由设置在内管件503内部的待被加热的物体w施加的载荷mg而被损坏。此外，由于内管件503的外周与经减压的密封空间508接触，因此应力沿朝向外管件502的内周的方向被施加在内管件503上。然而，在内管件503的强度因高温加热而降低的情况下，内管件503可能会因该应力而被损坏。

本公开已经鉴于上述情形而做出，并且本公开的目的是提供一种能够防止内管件的强度因高温加热而降低导致内管件被损坏的双隔热壁结构加热炉。

第一示例性方面在于：双隔热壁结构加热炉包括外管件和设置在外管件内部的内管件，在双隔热壁结构加热炉中，在外管件与内管件之间形成的密封空间是经减压的，并且在内管件内部形成的空间被加热至加热温度，并且在双隔热壁结构加热炉中，管状加强构件被设置成覆盖内管件的外周，管状加强构件由下述材料形成：在所述加热温度处，该材料具有比内管件的材料的强度高的强度。

当双隔热壁结构加热炉的内管件被加热至约1,000℃的高加热温度时，内管件沿径向方向和轴向方向热膨胀并且软化。因此，内管件的强度降低。由于管状加强构件——管状加强构件由在加热温度处具有比内管件的材料的强度高的强度的材料形成——设置成覆盖内管件的外周，因此被加热至高温并因而具有降低的强度的内管件通过加强构件被很好地加强。以此方式，可以防止内管件因由物体、比如设置在内管件内部的待被加热的物体施加的载荷而被损坏。此外，由于内管件的外周与经减压的密封空间接触，因此应力沿朝向外管件的内周的方向被施加在内管件上。然而，内管件的沿径向方向的热膨胀通过覆盖内管件的外周的加强构件而被调节(即，限制)。因此，可以防止被加热至高温的内管件因应力而被损坏。

此外，加强构件可以构造成使得：在未加热状态下，加强构件的内径大于内管件的外径，并且在加热温度处，加强构件的内径大致等于内管件的外径。内管件的热膨胀系数大于加强构件的热膨胀系数。通过将加强构件构造成使得在未加热状态下加强构件的内径大于内管件的外径并且在加热温度处加强构件的内径大致等于内管件的外径，其强度因高温加热已经降低的内管件通过加强构件被很好地加强而不会被包裹卷曲。

此外，加强构件的材料可以含有石墨。石墨是具有高耐热性和高强度且廉价的材料。因此，石墨能够优选作为用于加强构件的材料。

此外，在内管件与加强构件之间可以设置有由陶瓷制成的薄膜。在加强构件是由含有石墨的材料、或者含碳材料比如碳纤维加强的碳复合材料制成的情况下，通过在内管件的外周表面与加强构件的内周表面之间插置陶瓷薄膜，可以在高温加热期间防止金属的内管件与加强构件彼此接触并且由此防止金属的内管件发生渗碳。

根据本公开，可以防止其强度因高温加热已经降低的内管件被损坏。

通过下文给出的详细描述以及附图将更全面地理解本公开的上述及其他目的、特征与优点，附图仅以说明的方式给出并且因此不应当被认为是对本公开的限制。

附图说明

图1是用于说明根据第一实施方式的双隔热壁结构加热炉的构型的示意图；

图2是沿着图1中的线ii-ii截取的横截面；

图3是用于说明根据第一实施方式的双隔热壁结构加热炉的在加热空间中进行加热之前及进行加热之后的状态的示意图；

图4是用于说明根据第二实施方式的双隔热壁结构加热炉(双隔热壁结构加热炉)的构型的示意图；

图5是沿着图4中的线v-v截取的横截面；

图6是用于说明根据第二实施方式的双隔热壁结构加热炉的在加热空间中进行加热之前及进行加热之后的状态的示意图；以及

图7是用于说明与本公开要解决的问题有关的双隔热壁结构加热炉的示意性横截面。

具体实施方式

在下文中，参照附图对根据本公开的实施方式进行描述。为了使说明清楚，以下描述和附图部分地省略并适当地简化。贯穿整个附图，相同的符号指代相同的元件，并且重复的说明适当地省略。

第一实施方式

在下文中，参照附图对根据本公开的第一实施方式进行描述。

首先，参照图1和图2对根据第一实施方式的双隔热壁结构加热炉的构型进行描述。

图1是用于说明双隔热壁结构加热炉1的构型的示意图。图2是沿着图1中的线ii-ii截取的横截面。如图1和图2所示，双隔热壁结构加热炉1包括外管件2、内管件3和加强构件6。

外管件2和内管件3是筒形构件，在筒形构件中，筒形构件的两个端部都是敞开的。内管件3设置在外管件2内部。用于外管件2和内管件3的材料例如是不锈钢(sus304、sus316l等)或者钢。在外管件2的两个端部处形成有沿着外管件2的开口平面向内延伸的环形壁。内管件3的每个端部在轴向方向上各连接有波纹管5。波纹管5的另一端部——即，与连接至内管件3的端部相反的端部——连接至外管件2的环形壁。也就是说，内管件3和外管件2通过设置在内管件3与外管件2之间的波纹管5而在两个端部处彼此连接。因此，在外管件2与内管件3之间形成有密封空间8。由于波纹管5形成柔性且可延伸的管件并且用作弹性构件，因此波纹管5可以吸收内管件3的由内管件3的热膨胀所引起的变形。用于波纹管5的材料例如是不锈钢、钢、钛等。

密封空间8是经减压的真空空间。也就是说，密封空间8是通过真空泵等而被抽成真空的并且被保持处于真空状态。以此方式，外管件2和内管件3通过密封空间8而彼此热隔离，密封空间8为真空空间。外管件2的外部是外部空气。内管件3内部的空间用作加热空间13。也就是说，外管件2的外周表面与外部空气接触，并且内管件3的内周表面与加热空间13接触。在外管件2与内管件3之间存在为真空空间的密封空间8可以防止加热空间13中的热逸出至外部空气。

加强构件6设置成覆盖内管件3的外周。应当指出的是，表述“加强构件6‘覆盖内管件3的外周’”不用于将其含义限制成加强构件6完全地覆盖内管件3的外周的情况。表述“加强构件6‘覆盖内管件3的外周’”包括内管件3的外周的一部分从加强构件6露出的情况。加强构件6呈管状形状并且由耐热性和强度分别比内管件3的材料的耐热性和强度高的材料形成。加强构件6由例如含有石墨的材料、碳纤维加强的碳复合材料(c/c复合物)、或者含有氧化铝的材料形成。应当指出的是，碳纤维加强的碳复合材料是通过高强度碳纤维被加强以改善碳材料的强度、抗冲击性等的碳复合材料。

当双隔热壁结构加热炉1的内管件3被加热至约1,000℃的高加热温度时，内管件3沿径向方向和轴向方向热膨胀并且软化。因此，内管件3的强度降低。由于管状加强构件6——管状加强构件6由耐热性和强度分别比内管件3的材料的耐热性和强度高的材料形成——设置成覆盖内管件3的外周，因此被加热至高温并因而具有降低的强度的内管件3通过加强构件6被很好地加强。以此方式，可以防止内管件3因由物体、比如设置在内管件3内部的待被加热的物体施加的载荷而被损坏。此外，由于内管件3的外周与经减压的密封空间8接触，因此应力沿朝向外管件2的内周的方向被施加在内管件3上。然而，内管件3的在径向方向上的热膨胀是通过覆盖内管件3的外周的加强构件6而被调节(即，限制)的。因此，可以防止被加热至高温的内管件3因应力而被损坏。

接下来，对根据该实施方式的双隔热壁结构加热炉1在加热空间13中进行加热之前及进行加热之后的状态进行描述。

图3是用于说明双隔热壁结构加热炉1在加热空间13中进行加热之前及进行加热之后的状态的示意图。图3的上部分示出了处于未加热状态的双隔热壁结构加热炉1，并且图3的下部分示出了处于加热状态的双隔热壁结构加热炉1。应当指出的是，加热状态是双隔热壁结构加热炉1的加热空间13处于高温加热状态(例如，处于约1,000℃)的状态。

如图3的上部分所示，双隔热壁结构加热炉1的加强构件6构造成使得：在未加热状态下，加强构件6的内径da1大于内管件3的外径db1。此外，如图3的下部分所示，双隔热壁结构加热炉1的加强构件6构造成使得：在加热状态下，加强构件6的内径da2变成大致等于内管件3的外径db2。

内管件3的热膨胀系数大于加强构件6的热膨胀系数。也就是说，加热状态下的内管件3的外径db2与未加热状态下的内管件3的外径db1之间的差大于加热状态下的加强构件6的内径da2与未加热状态下的加强构件6的内径da1之间的差。

假定：例如，内管件3的材料是sus304并且加强构件6的材料是石墨。sus304的线性膨胀系数约为18×10^-6/℃，而石墨的线性膨胀系数约为5.6×10^-6/℃。假定室温(20℃)下的内管件3的外径db1是200cm，当内管件3被加热至1,000℃时，内管件3的外径db2是203.5[cm](db2[cm]＝200[cm]+200[cm]×(1,000[℃]-20[℃])×18×10^-6[/℃]＝203.5[cm])。因而，为使加强构件6的内径da2在加强构件6被加热至1,000℃时变成203.5cm，室温(20℃)下的加强构件6的内径da1可以调节至202.4cm。(加强构件6的内径da1[cm]按如下方式计算为202.4cm：203.5[cm]＝da1[cm]+da1[cm]×(1,000[℃]-20[℃])×5.6×10^-6[/℃])。

通过将加强构件6构造成使得在未加热状态下加强构件6的内径大于内管件3的外径并且在加热温度处加强构件6的内径大致等于内管件3的外径，其强度因高温加热已经降低的内管件3通过加强构件6被很好地加强而不会被包裹卷曲。

如上所述，根据该实施方式的双隔热壁结构加热炉1，可以防止其强度因高温加热已经降低的内管件3被损坏。

第二实施方式

在下文中，参照附图对根据本公开的第二实施方式进行描述。

首先，参照图4和图5对根据第二实施方式的双隔热壁结构加热炉的构型进行描述。

图4是用于说明双隔热壁结构加热炉101的构型的示意图。图5是沿着图4中的线v-v截取的横截面。如图4和图5所示，双隔热壁结构加热炉101包括具有底部的外管件102和具有底部的内管件103，在双隔热壁结构加热炉101中，内管件103设置在外管件102内部。

用于外管件102和内管件103的材料例如是不锈钢(sus304、sus316l等)或者钢。外管件102和内管件103在其各自的与底部相反的端部处——即，在上端部处——彼此连接。因此，在外管件102与内管件103之间形成有密封空间108。密封空间108是经减压的真空空间，并且外管件102和内管件103通过密封空间108而彼此热隔离，密封空间108为真空空间。外管件102的外部是外部空气。内管件103内部的空间用作加热空间113。在内管件103的底部中形成有突出部103a，突出部103a沿轴向方向延伸并且延伸到密封空间108中。

加强构件106设置成覆盖内管件103的外周。与第一实施方式类似，表述“加强构件106‘覆盖内管件103的外周’”不用于将其含义限制为加强构件106完全地覆盖内管件103的外周的情况。表述“加强构件106‘覆盖内管件103的外周’”包括内管件103的外周的一部分从加强构件106露出的情况。加强构件106呈管状形状并且由耐热性和强度分别比内管件103的材料的耐热性和强度高的材料形成。加强构件106由例如含有石墨的材料、碳纤维加强的碳复合材料(c/c复合物)、或者含有氧化铝的材料形成。在加强构件106的底部中形成有通孔106a。突出部103a被插入穿过加强构件106的通孔106a。此外，已穿过通孔106a的突出部103a的梢端部附接有垫圈111和开口销112。以此方式，加强构件106与内管件103在加强构件106的底部和内管件103的底部处连接。

当双隔热壁结构加热炉101的内管件103被加热至约1,000℃的高加热温度时，内管件103沿径向方向和轴向方向热膨胀并且软化。因此，内管件103的强度降低。由于管状加强构件106——管状加强构件106由耐热性和强度分别比内管件103的材料的耐热性和强度高的材料形成——设置成覆盖内管件103的外周，因此被加热至高温并因而具有降低的强度的内管件103通过加强构件106被很好地加强。

接下来，对根据该实施方式的双隔热壁结构加热炉101在加热空间113中进行加热之前及进行加热之后的状态进行描述。

图6是用于说明双隔热壁结构加热炉101在加热空间113中进行加热之前及进行加热之后的状态的示意图。图6的上部分示出了处于未加热状态的双隔热壁结构加热炉101，并且图6的下部分示出了处于加热状态的双隔热壁结构加热炉101。

如图6的上部分所示，双隔热壁结构加热炉101的加强构件106构造成使得：在未加热状态下，加强构件106的内径dc1大于内管件103的外径dd1。此外，如图6的下部分所示，双隔热壁结构加热炉101的加强构件106构造成使得：在加热温度处，加强构件106的内径dc2变成大致等于内管件103的外径dd2。

内管件103的热膨胀系数大于加强构件106的热膨胀系数。也就是说，加热状态下的内管件103的外径dd2与未加热状态下的内管件103的外径dd1之间的差大于加热状态下的加强构件106的内径dc2与未加热状态下的加强构件106的内径dc1之间的差。通过将加强构件106构造成使得在未加热状态下加强构件106的内径大于内管件103的外径并且在加热温度处加强构件106的内径大致等于内管件103的外径，其强度因高温加热已经降低的内管件103通过加强构件106被很好地加强而不会被包裹卷曲。

如上所述，根据该实施方式的双隔热壁结构加热炉101，可以防止其强度因高温加热已经降低的内管件103被损坏。

应当指出的是，本公开不限于上述实施方式，并且可以在不背离本公开的范围和精神的情况下适当地修改。

在上述实施方式中，加强构件优选地由含有石墨的廉价材料形成。当含有石墨的材料在该材料暴露于外部空气的状态下被加热至约1,000℃的高加热温度时，石墨与大气中的氧气发生反应并且变成二氧化碳。因此，石墨消失。然而，在根据上述实施方式的双隔热壁结构加热炉中，加强构件设置在为真空空间的密封空间中。因此，即使在加强构件由含有石墨的材料形成的情况下，即使在加强构件被加热至约1,000℃的高温时，石墨也不会消失。

在上述实施方式中，在加强构件由含有石墨的材料、或者含碳的材料比如碳纤维加强的碳复合材料制成的情况下，优选地在内管件的外周表面与加强构件的内周表面之间插置陶瓷薄膜。通过这样做，可以在高温加热期间防止金属的内管件与加强构件彼此接触并且由此防止金属的内管件发生渗碳。

根据由此描述的本公开，将明显的是本公开的实施方式可以以许多方式变化。这些变型不应当被认为是背离了本公开的精神和范围，并且对于本领域的技术人员而言将是明显的所有这些改型都意在包括在随后的权利要求的范围内。