Ущільнювальний пристрій для газового підведення печі або подібного апарата і спосіб подачі газу

1. Газовпускний пристрій для забезпечення надходження газу в піч з зовнішньої відносно печі області у напрямку до проходу (14) газовпускання, утвореного в реакційній камері (16), розташованій всередині печі, який містить газову трубу (12) для транспортування газу в піч, причому газова труба проходить між зовнішньою частиною печі і внутрішньою частиною печі і закінчується на одному кінці, щонайменше поблизу газовпускного проходу, утвореного в реакційній камері, і трубчастий ущільнювальний пристрій (32), розташований радіально ззовні відносно газової труби, причому трубчастий ущільнювальний пристрій прикріплений газонепроникним чином до першого кінця газової труби на ділянці внутрішньої поверхні печі поблизу ділянки, на якій газова труба входить у піч, і проходить у напрямку до ділянки поблизу газовпускного проходу, до якого вказаний ущільнювальний пристрій прикріплений герметичним чином, який відрізняється тим, що трубчастий ущільнювальний пристрій містить першу осьову частину (32а), C2 2 (19) 1 3 91584 4 в яких введення газу-реагенту є частиною способу Ділянка або ділянки, через які газ уводиться в ущільнення пористих елементів, таких як пористі піч, можуть створювати особливі проблеми, щоармуючі основи або каркаси для виготовлення найменше, відносно газу-реагенту, який відхиляфрикційних деталей. ється від шляху газового потоку замість того, щоб У загальному плані широко відоме викоподаватися в зону печі, де розташовані каркаси ристовування печей, шаф, камер для обробки і гальмівних дисків або подібні елементи. подібних апаратів, в які газ-реагент уводиться на З викладеного вище витікає, що бажано пониетапі обробки. У даному описі термін «піч» слід зити витоки газу-реагенту на ділянці його введенрозуміти розширений застосовано також до шаф і ня у піч і реакційну камеру всередині печі. Відносінших камер обробки такого роду. Прикладом є но конструкції печі бажано забезпечити спосіб хімічної інфільтрації газової фази, в якому можливість компенсації дефектів, неточностей газ-реагент уводять у піч з пористими елементами, виготовлення і подібних відхилень. які знаходяться в ній (наприклад, але не обмежуЗгідно з винаходом гнучкий трубчастий ущільвально, такими, як пористі каркаси для гальмівних нювальний пристрій поміщений навколо одного дисків). кінця труби для подачі газу на ділянці, на якій труЗвичайно піч містить зовнішній корпус, що ба для подачі газу входить у піч, і закінчується оточує робочий простір або реакційну камеру, в поблизу газовпускного проходу, утвореного в реаякій поміщені для обробки об'єкти або елементи, кційній камері. систему для подачі газу-реагенту в піч і відведенПереважно, щонайменше, частина трубчастоня його з печі і нагрівальну систему, для нагріву, го ущільнювального пристрою має поперечну гнущонайменше, внутрішньої частини реакційної качкість (відносно осі, вздовж якої трубчастий ущільмери. нювальний пристрій проходить між стінкою печі і Відомим чином газ-реагент спонукає до інфіотвором газовпускного проходу реакційної камери) льтрації у пористу структуру пористих елементів. і/або осьову гнучкість. Ця гнучка частина може Газ-реагент може містити вуглеводневий газ, тамати, наприклад, гофровану конструкцію. Решта кий як пропан. частини трубчастого ущільнювального пристрою У відомому рішенні газ-реагент уводять у внуможе бути виконана відносно жорсткою. трішній об'єм, утворений стопкою кільцевих каркаУ прикладі здійснення винаходу гнучка частисів для гальмівних дисків, укладених по суті у виріна трубчастого ущільнювального пристрою виговняному положенні в реакційній камері печі. товлена з нержавіючої сталі і має товщину, що Звичайно газ спонукають до проходу з внутрішньозабезпечує необхідний ступінь гнучкості, тоді як го об'єму стопки назовні шляхом дифузії через решта частини трубчастого ущільнювального припористу (тобто волоконну) структуру каркасів і/або строю виготовлена із сплаву інконель або подібношляхом проходу потоків газу через зазори між го матеріалу. сусідніми стопками каркасів, утворені елементами Щонайменше, осьовий кінець трубчастого розпорів або подібних. ущільнювального пристрою поблизу входу труби Щонайменше, внутрішній простір реакційної для подачі газу в корпус печі закріплений на місці камери нагрівається нагрівальною системою. зваркою для подальшого покращання цілісності Таким чином, внаслідок відносно високої темтрубчастого ущільнювального пристрою. ператури каркасів гальмівних дисків газ-реагент В результаті трубчастий ущільнювальний припіддається піролізу і залишає продукт розпаду, стрій згідно з винаходом забезпечує ущільнення який осідає на внутрішніх поверхнях пористої навколо кінця труби для подачі газу на ділянці, на структури. В прикладі з вуглеводневим газом проякій вона входить у корпус печі, і на ділянці, на якій дуктом розпаду є піровуглець, який дозволяє одеця труба закінчується поблизу газовпускного проржувати вуглецьвмісний композитний матеріал ходу, утвореного в реакційній камері. Крім того, (такий, як матеріал вуглець-вуглець). функція ущільнення зберігається, не дивлячись на В загальному плані печі цього типу є збірними погрішності поєднання труби для подачі газу і газ великої кількості компонентів, які з'єднуються зовпускного проходу (наприклад, внаслідок консзваркою, болтовими або подібними з'єднаннями з труктивних або монтажних дефектів). І нарешті, утворенням різних збірних конструкцій. функція ущільнення зберігається, навіть якщо заПроте конструкціям печі звичайно властиві різор між трубою для подачі газу і проходом газовзні дефекти і відхилення. Так наприклад, скпадові пускання змінюється при роботі печі внаслідок частини можуть бути погано пригнаними один до того, що різні частини печі розширюються різним одного під час виготовлення. В інших випадках чином, оскільки мають різні коефіцієнти теплового можуть виявлятися періодичні дефекти, такі як розширення. погане прилягання частин через теплове розшиДалі з посиланнями на прикладені креслення рення під час роботи печі. Це відбувається, наприбудуть детально описані приклади здійснення виклад, в тих випадках, коли в одному апараті виконаходу. На кресленнях: ристовуються різні матеріали з різними фіг. 1 схемно зображує у поперечному розрізі коефіцієнтами теплового розширення. Такі конспіч згідно з винаходом на ділянці, де труба для труктивні дефекти приводять до утворення зазоподачі газу-реагенту проходить всередину печі і рів, просвітів і подібних невідповідностей між часзакінчується поблизу газовпускного проходу, який тинами, через які зовнішнє повітря (яке може утворений в реакційній камері, розташованій всемістити, наприклад, забруднення) може проникати редині печі, у піч, і через які може виходити газ-реагент (звичайно займистий). 5 91584 6 фіг. 2 зображує в перспективі з розрізом трубІ нарешті, зовнішня частина реакційної камери частий ущільнювальний пристрій згідно з винахо16 може бути додатково покрита звичайним матедом, ріалом теплоізоляції, який на фіг. 1 представлений фіг. 3 зображує в збільшеному виді ділянку шаром 28. з'єднання між першою і другою осьовими частинаТруба для подачі газу-реагенту закінчується ми трубчастого ущільнювального пристрою згідно на ділянці, що знаходиться, щонайменше, поблизу з винаходом. газовпускного проходу 14, утвореного в реакційній В загальному випадку піч, яка використовуєтькамері 16. В деяких модифікаціях печі труба 12 ся для процесу хімічної інфільтрації газової фадля подачі газу-реагенту може входити в контакт з зи/осадження з газової фази (CVI/CVD) містить конструкцією, створюючою газовпускний прохід 14, стінку або корпус, що відділяє внутрішній простір або ж вона може примикати до нього яким-небудь печі від зовнішнього простору і створює деякий іншим чином. З причин, які будуть висловлені далі, внутрішній об'єм. У внутрішньому об'ємі печі поміможе бути бажано, щоб труба 12 була незалежщена конструкція реакційної камери. В печі, що ною від проходу 14 (тобто, щоб вони не були сповикористовується для процесу хімічної інфільтралучені одне з одним) і навіть, щоб між трубою 12 і ції газової фази/осадження з газової фази, реакпроходом 14 був утворений зазор. ційна камера може сама утворювати окремий Згідно з даним винаходом передбачений трубоб'єм всередині об'єму печі. Підлягаючі обробці частий ущільнювальний пристрій, позначений в або модифікації вироби, такі як пористі каркаси цілому позицією 32. Трубчастий ущільнювальний гальмівних дисків, поміщають у реакційну камеру. пристрій 32 охоплює перехід між трубою 12 і проВ загальному випадку передбачена система ходом 14 по периферії і робить його практично циркуляції газу-реагенту для введення газунепроникним для витоків. Для відповідності робореагенту в піч і відведення його з печі. Зокрема, чим умовам всередині печі (особливо відносно газ-реагент уводиться в реакційну камеру всеретемператури) трубчастий ущільнювальний придині печі. стрій 32 переважно виготовлено з металу. Газ виводиться з печі за допомогою будь-якого Щонайменше, частинатрубчастого ущільнюмеханізму, відомого з даної області і/або в промивального пристрою 32 виконана гнучкою, а саме словості взагалі. Зокрема, але не обмежувально, такою, що має поперечну і/або осьову гнучкість висновок може проводитися під дією тиску газу в відносно осі, вздовж якої проходить трубчастий печі, що перевищує тиск зовні печі, або за допомоущільнювальний пристрій 32. Ця гнучкість компенгою будь-яких механізмів всмоктування або відкасує дефекти або розсуміщення між трубою 12 і чування, відомих у даній області. проходом 14, наприклад, викликані конструктивНагрівальна система призначена для нагріву, ними дефектами або несиметричними тепловими щонайменше, внутрішнього простору реакційної напругами, як це було описано вище. Так, наприкамери. Нагрівання печі цього типу добре відомо в клад, відстань між кінцем труби 12 і реакційною даній області. У двох особливо широко відомих камерою 16 (що містить прохід 14) може змінюваприкладах нагрівальних систем використовується тися при роботі в ході нагріву внутрішнього просіндуктивно-кондуктивний нагрів і резистивний натору печі внаслідок різних коефіцієнтів теплового грів. розширення. В результаті, навіть якщо зазор, розДля спрощення даного опису конструкції різні мір якого збільшується або зменшується, існує між проходи, труби і подібні елементи описуються з трубою 12 і проходом 14, або навіть якщо вони прийнятим допущенням, що вони мають, зокрема, зміщуються поперечно від суміщеного положення, круглий поперечний переріз, хоча це не завжди весь вузол в цілому залишається практично ізовідповідає практичному виконанню. льованим, непроникним для витоків чином і здатНа фіг. 1 показана в розрізі ділянка печі, на ний компенсувати різні розсуміщення і інші відхиякій труба 12 для подачі газу-реагенту проходить лення. через стінку 10 печі для підведення потоку газуПереважно трубчастий ущільнювальний приреагенту всередину печі (показано на фіг, 1 стрілстрій 32 містить, щонайменше, дві осьові секції: кою А). першу осьову частину 32а, виконану гнучкою, і В одному з можливих прикладів здійснення дідругу осьову частину 32b, виконану відносно жораметр газовпускного проходу 14, утвореного в ресткою (у порівнянні з першою осьовою частиною). акційній камері 16, може бути визначений або відПереважно перша осьова частина 32а виконарегульований за допомогою вставки. Вставка на формою і по конструкції такою, щоб забезпечумістить трубку 18, встановлену і прикріплену або вати необхідну гнучкість у поперечному і/або осьоіншим чином утримувану відносно кільцевої монвому напрямах. Як показаного на кресленнях тажної плити 20 з центральним отвором, по суті приклад перша осьова частина 32а має гофровану суміщеним з трубкою 18. У свою чергу монтажна конструкцію. плита 20 прикріплена до поверхні реакційної камеВ прикладі виконання винаходу перша осьова ри 16 наприклад, за допомогою болтів 22, як покачастина 32а виготовлена з нержавіючої сталі (тазано на фіг. 1. Звичайний ізоляційний матеріал 26 кої як ASME 321) або із сплаву інконель (жароміцможе бути поміщено навколо трубки 18. Зокрема, ний і жаростійкий сплав на нікелевій основі). Певін може бути представлений у вигляді великої реважно матеріал вибирається таким, щоб він міг кількості кільцевих шарів (не показані), утримувавитримувати температури близько 500°С. Само них разом, наприклад, болтами 24 або подібними собою зрозуміло, що необхідно також врахувати кріпильними елементами. товщину матеріалу для забезпечення необхідної гнучкості. 7 91584 8 Друга осьова частина 32b може бути просто ущільнювальний пристрій 32, є окремими частитрубчастою, виконаною за формою і поперечним нами, сполученими газонепроникним чином своїми перерізом такою, щоб відповідати першій осьовій суміжними осьовими кінцями будь-яким відомим частині 32а для забезпечення її продовження. В способом, який забезпечує належний ступінь ущіодному з прикладів здійснення винаходу друга льнення між першою і другою осьовими частинами осьова частина 32b може бути виготовлена із 32а, 32b. сплаву інконель. У порівнянні з першою осьовою В показаному на кресленнях окремому прикчастиною 32а друга осьова частина 32b має більладі виконання перша осьова частина 32а (яка, як шу жорсткість. було описано вище, може бути виконана з тонкого Як було згадано вище, трубчастий ущільнюваметалевого листа, наприклад, з нержавіючої сталі) льний пристрій 32 в цілому виконано у вигляді може мати фланцеву ділянку 50 (по відношенню трубчастої оболонки, що має поперечну і осьову до осі першої осьової частини 32а) на кінці, суміжгнучкість, навколо переходу між трубою 12 і проному з другою осьовою частиною 32b (див., зокреходом 14, призначеної для обмеження витоків гама, фіг. 2 і 3). зу-реагенту. Трубчастий ущільнювальний пристрій Відповідним чином друга осьова частина 32b проходить по суті в осьовому напрямі між діляноснащена поперечно відхідним фланцем або кількою 34 на внутрішній стороні стінки 10 печі і ділянцем 48, прикріпленим до неї звичайним способом, кою 36, розташованим, щонайменше, поблизу ренаприклад, зваркою (для забезпечення газонепроакційної камери 16, якщо не впритул до неї. никності). В показаному на кресленнях конструктивному Як показано на кресленнях, і особливо на фіг. прикладі виконання перша осьова частина 32а 3, фланцева ділянка 50 і фланець 48 звернені прикріплена до кільцевої плити 38 будь-якими відодин до одного. Кільце ущільнювача 52 (наприповідними засобами, що забезпечують по суті поклад, з графіту) може бути поміщено між цими вну герметизацію від проходу газу між першою фланцями для забезпечення газонепроникного осьовою частиною 32а і кільцевою плитою 38, наз'єднання між ними. приклад, за допомогою зварки. І нарешті, фланець 48, фланцева ділянка або Кільцева плита 38 жорстко змонтована на внуфланець 50 і кільце ущільнювача 52 утримуються трішній стороні стінки 10 печі. Для кріплення може разом звичайним способом кріплення, наприклад, використовуватися будь-який спосіб, що забезпеза допомогою гайок і болтів 54, 56. чує хорошу газонепроникність між кільцевою плиЗа винятком описаної вище конструкції трубтою 38 і стінкою 10 печі. Зокрема, можна викорисчастого ущільнювального пристрою прийнято, щo товувати болти 42, як показано на кресленнях. матеріали і/або конструкція, наприклад, стінки 10 Ущільнення між кільцевою плитою 38 і стінкою 10 печі, труби 12, реакційної камери 16, теплоізоляції печі може бути додатково поліпшено звичайним 28 і інших компонентів відомі в даній області. В способом шляхом використовування поміщених цілому всі описані компоненти повинні бути здатні між ними кілець ущільнювачів або подібних елеадекватним чином витримувати робочі температументів і/або шляхом зварки, як показано позицією ри, звичайно створювані в печі під час процесу 39. хімічної інфільтрації газової фази/осадження з На протилежному осьовому кінці трубчастого газової фази. Зокрема, гнучка перша осьова часущільнювального пристрою 32, як приклад, друга тина 32а повинна зберігати свою гнучкість протяосьова частина 32b може закінчуватися просто гом розумного терміну служби з урахуванням рокільцем 44, яке може утримуватися без кріплення бочих температур при експлуатації. І нарешті, як такого між поверхнею реакційної камери 16 деякі з компонентів повинні бути виготовлені з ма(і/або ізоляційного матеріалу 28) і зовнішньою потеріалів, які по суті не мають реакційної здатності верхнею другої осьової частини 32b. (зокрема, при згаданих високих температурах), Як приклад поверхня кільця 44 може упиратищоб уникнути втручання в хімічний процес ущілься у звернену до неї поверхню монтажної плити нення, здійснюваний в печі. 20. В деяких модифікаціях може бути доцільно У переважному варіанті здійснення описаний помістити одне або декілька кілець ущільнювачів вище і охарактеризований у формулі винаходу 45 між кільцем 44 і монтажною плитою 20. Як притрубчастий ущільнювальний пристрій виконаний клад кільця ущільнювачів 45 можуть бути виготовтаким, що легко встановлюється в печі і видалялені з графіту. На фіг. 1 для цілей ілюстрації покається з неї під час технічного обслуговування печі. зано тільки два кільця таких ущільнювачів 45. В Даний винахід описаний в окремих прикладах деяких модифікаціях одне або декілька додаткоздійснення з метою пояснення і ілюстрації. Проте вих кілець ущільнювачів 49 можуть бути поміщено слід розуміти, що винахід не обмежується конкрезовні від трубчастого ущільнювального пристрою тними конструктивними особливостями цих прикміж монтажною плитою 20 і поверхнею реакційної ладів. Для фахівця в даній області зрозуміло, що камери 16. при здійсненні винаходу можливі різні зміни і моВ прикладі здійснення винаходу перша і друга дифікації, що не виходять за межі об'єму охорони, осьові частини 32а, 32b, які утворюють трубчастий визначеного у формулі винаходу. 9 91584 10 11 Комп’ютерна верстка В. Мацело 91584 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601