EP0383202A2 - Stromdurchführung für Rezipienten mit heisser Wandung - Google Patents

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EP0383202A2
EP0383202A2 EP90102542A EP90102542A EP0383202A2 EP 0383202 A2 EP0383202 A2 EP 0383202A2 EP 90102542 A EP90102542 A EP 90102542A EP 90102542 A EP90102542 A EP 90102542A EP 0383202 A2 EP0383202 A2 EP 0383202A2
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electrode
sleeve
sealing liquid
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Lothar Britz
Wolfgang Krug
Johann Seferiadis
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/26—Lead-in insulators; Lead-through insulators
    • H01B17/30—Sealing

Definitions

  • the invention relates to a current feedthrough for a recipient with a hot wall, a rod-shaped, vertically or quasi-vertically arranged electrode penetrating the wall.
  • the current leadthrough according to the invention has an extremely low leakage rate when using a suitable sealing liquid, so that the microgaps between the components used for the current leadthrough do not have a negative effect either.
  • liquid boron oxide B2O3 as a sealing liquid which, apart from being electrically insulating, is also largely chemically and thermally stable and has a low vapor pressure.
  • B2O3 seals the micro-gaps due to its high viscosity without penetrating directly into these gaps.
  • liquid hafnium fluoride (HfF4) or zirconium fluoride (ZrF4) can be used as a sealing liquid.
  • the electrode protrudes not only from the top but also from the bottom of the sleeve and an upwardly open pot, which surrounds the lower end of the wall of the current leadthrough, is firmly connected to the electrode.
  • the pot contains so much sealing liquid that the lower boundary of the wall is completely in the sealing liquid.
  • the electrode, the bushing and the wall of the current feedthrough are dimensioned such that the lower end of the current feedthrough (ie the lower end of the bushing and wall) is in a temperature range are below 100 ° C.
  • the lower end of the wall is sealed using a suitable seal (e.g. a commercially available power feedthrough) or a sealing material (e.g. an adhesive that is suitable for operating temperatures up to 100 ° C) gas-tight and electrically insulating connected to the electrode.
  • FIG. 1 shows the current feedthrough for a recipient with a hot wall 1, the electrode 2 penetrating the wall 1.
  • the electrode 2 is partially closely fitted in a cylindrical insulator sleeve 3 made of Al2O3.
  • the sleeve 3 is closely fitted in a wall 4 which is tightly connected to the hot wall 1 of the recipient, the wall 4 above the sleeve 3 forming a space between itself and the electrode 2, which is partly filled with a suitable sealing liquid 5.
  • a pot 6 is provided, which is open at the top and firmly connected to the electrode 2.
  • the pot 6 also partially contains sealing liquid 5, to the extent that the lower end of the wall 4 is in the sealing liquid 5.
  • the wall is over a flange 7 tightly connected to the wall 1 of the recipient.
  • this current feedthrough works perfectly in the temperature range between 500 and 700 ° C. Even pressure differences between the upper and lower ends of the current feedthrough up to 2 bar resulted in leak rates that were below 10 ⁇ 7 mbar xl / sec.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment in which the sealing of the current leadthrough, according to feature d of claim 4, is achieved by using a commercially available current leadthrough.
  • the electrode 2 is closely fitted into the cylindrical insulator sleeve 3.
  • the upper end of the electrode 2 forms, together with the wall 4 surrounding the sleeve 3, a space above the sleeve which is partially filled with sealing liquid 5.
  • the commercially available feedthrough consists of an electrode 8, a wall 9 and an insulator ring 10.
  • the electrode 8 is electrically connected to the electrode 2 by means of a thread.
  • the wall 4 is soldered or welded to the wall 9 via the metallic connecting piece 12.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromdurch­führung für einen Rezipienten mit heißer Wandung, wobei eine stabförmige, senkrecht oder quasi senk­recht angeordnete Elektrode die Wandung durchdringt. Erfindungsgemäß ist ein Teil der Elektrode in einer aus elektrisch isolierendem Material herge­stellten zylinderförmigen Büchse eng eingepaßt. Dabei ragt die Elektrode wenigstens oben aus der Büchse heraus. Ihrerseits ist die Büchse erfin­dungsgemäß in eine mit der heißen Wandung des Rezipienten dicht verbundene Wand eng eingepaßt und bildet die Wand oberhalb der Büchse dabei zwischen sich und der Elektrode einen Raum, der zur Aufnahme einer geeigneten Dichtungsflüssigkeit vorgesehen ist. Bei einer weiteren Ausführungsform ragt die Elektrode auch nach unten aus der Büchse heraus. Ein nach oben hin offener, fest mit der Elektrode verbundener Topf, der zur Aufnahme von Dichtungsflüssigkeit vorgesehen ist, umgreift dabei das untere Ende der Wand.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromdurchführung für einen Rezipienten mit heißer Wandung, wobei eine stabförmige, senkrecht oder quasi senkrecht angeordnete Elektrode die Wandung durchdringt.
  • Die leckfreie Übertragung von elektrischen Strömen in einen Rezipienten mit heißer Wandung bei Temperaturen oberhalb 550°C ist, insbesondere bei korrosiver At­mosphäre, ein bisher nicht gelöstes, technisches Problem.
  • Derartige Stromdurchführungen werden beispielsweise benötigt bei Kristallzucht-Apparaturen mit geschlos­senem, beheiztem Rezipienten, bei denen unter anderem ein Tiegelheizer mit einem elektrischen Strom versorgt werden soll.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Stromdurchführung der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, die eine leckfreie und elektrisch isolierte Übertragung des elektrischen Stroms in den Rezipienten auch dann möglich macht, wenn die Wandung des Rezipienten sich auf Temperaturen oberhalb 550°C befindet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Strom­durchführung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Wie sich gezeigt hat, hat die erfindungsgemäße Strom­durchführung eine äußerst geringe Leckrate bei Ver­wendung einer geeigneten Dichtungsflüssigkeit, so daß sich auch die Mikrospalte zwischen den verwendeten Komponenten der Stromdurchführung nicht negativ aus­wirken.
  • Als besonders vorteilhaft erweist sich der Einsatz von flüssigem Boroxid B₂O₃ als Dichtungsflüssigkeit, das außer elektrisch isolierend, zudem noch weitgehend chemisch und thermisch stabil ist und einen niedrigen Dampfdruck besitzt. Außerdem dichtet B₂O₃ aufgrund seiner hohen Viskosität die Mikrospalte gut ab, ohne direkt in diese Spalten einzudringen. Auch kann z. B. flüssiges Hafniumfluorid (HfF₄) oder Zirkonfluorid (ZrF₄) als Dichtungsflüssigkeit verwendet werden.
  • In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Elektrode nicht nur oben, sondern auch unten aus der Büchse herausragt und ein nach oben hin offener Topf, der das untere Ende der Wand der Stromdurchführung umgreift, fest mit der Elektrode verbunden ist. Der Topf enthält so viel Dichtungsflüssigkeit, daß sich die untere Begrenzung der Wand vollständig in der Dichtungsflüssigkeit befindet.
  • Eine zweckmäßige Ausführung der Stromdurchführung ist gegeben durch die kennzeichnenden Merkmale des An­spruchs 4. Dabei sind die Elektrode, die Büchse und die Wand der Stromdurchführung so dimensioniert, daß das untere Ende der Stromdurchführung (also das untere Ende von Büchse und Wand) sich in einem Temperaturbe­reich unterhalb von 100°C befinden. Das untere Ende der Wand ist mittels einer geeigneten Abdichtung (z. B. eine handelsübliche Stromdurchführung) oder eines Dichtungsmaterials (z. B. ein Klebstoff der für Ein­satztemperaturen bis 100°C geeignet ist) gasdicht und elektrisch isolierend mit der Elektrode verbunden.
  • Die Stromdurchführung gemäß der Erfindung ist in den Zeichnungen 1 und 2 schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.
  • Es zeigen
    • Figur 1 Stromdurchführung gemäß Anspruch 3, mit Topf zur Aufnahme von Dichtungs­flüssigkeit;
    • Figur 2 Stromdurchführung gemäß Anspruch 4, mit Abdichtung in Form einer handels­üblichen Stromdurchführung.
  • In der Figur 1 ist die Stromdurchführung für einen Rezipienten mit heißer Wandung 1 dargestellt, wobei die Elektrode 2 die Wandung 1 durchdringt. Die Elek­trode 2 ist teilweise eng in einer zylinderförmigen Isolatorbüchse 3 aus Al₂O₃ eingepaßt. Dabei ragt das obere, aus Graphit bestehende Ende der Elektrode aus der Büchse 3 heraus. Die Büchse 3 ist in einer mit der heißen Wandung 1 des Rezipienten dicht verbundenen Wand 4 eng eingepaßt, wobei die Wand 4 oberhalb der Büchse 3 zwischen sich und der Elektrode 2 einen Raum bildet, der zum Teil mit einer geeigneten Dichtungsflüs­sigkeit 5 gefüllt ist. Außerdem ist ein Topf 6 vorge­sehen, der nach oben hin offen und fest mit der Elek­trode 2 verbunden ist. Auch der Topf 6 enthält teilwei­se Dichtungsflüssigkeit 5 und zwar soviel, daß dabei das untere Ende der Wand 4 sich in der Dichtungsflüs­sigkeit 5 befindet. Die Wand ist über einen Flansch 7 mit der Wandung 1 des Rezipienten dicht verbunden. Diese Stromdurchführung zeigt bei Verwendung von Boroxid als Dichtungsflüssigkeit eine einwandfreie Funktion im Temperaturbereich zwischen 500 und 700°C. Sogar Druckdifferenzen zwischen dem oberen und dem unteren Ende der Stromdurchführung bis zu 2 bar erga­ben Leckraten, die einen Wert unterhalb 10⁻⁷ mbar x l/sec hatten.
  • In der Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Abdichtung der Stromdurchführung, gemäß dem Merkmal d des Anspruchs 4, durch den Einsatz einer handelsüblichen Stromdurchführung verwirklicht ist. In der schematisch verkürzten graphischen Dar­stellung der Stromdurchführung ist die Elektrode 2 eng in die zylinderförmige Isolatorbüchse 3 eingepaßt. Das obere Ende der Elektrode 2 bildet zusammen mit der die Büchse 3 umgebenden Wand 4 einen Raum oberhalb der Büchse, der mit Dichtungsflüssigkeit 5 teilweise gefüllt ist.
  • Die handelsübliche Stromdurchführung besteht aus einer Elektrode 8, einer Wand 9 und einem Isolator­ring 10. Dabei ist die Elektrode 8 mittels eines Gewindes elektrisch mit der Elektrode 2 verbunden. Über das metallische Verbindungsstück 12 ist die Wand 4 mit der Wand 9 verlötet bzw. verschweißt.

Claims (4)

1. Stromdurchführung für einen Rezipienten mit heißer Wandung (1), wobei eine stabförmige, senkrecht oder quasi senkrecht angeordnete Elektrode (2) die Wan­dung durchdringt,
dadurch gekennzeichnet,
dab
a) ein Teil der Elektrode (2) in einer aus elek­trisch isolierendem Material hergestellten zylin­derförmigen Büchse (3) eng eingepaßt ist,
b) die Elektrode wenigstens oben aus der Büchse herausragt, wobei
c) die Büchse in eine mit der heißen Wandung des Rezipienten dicht verbundene Wand (4) eng einge­paßt ist und die Wand oberhalb der Büchse zwischen sich und der Elektrode einen Raum bildet, der zur Aufnahme einer geeigneten Dichtungsflüssig­keit (5) vorgesehen ist.
2. Stromdurchführung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Dichtungsflüssigkeit (5) Boroxid vorgesehen ist.
3. Stromdurchführung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrode (2) auch nach unten aus der Büchse (3) herausragt und ein nach oben hin offener, fest mit der Elektrode verbundener Topf (6) zur Aufnahme von Dichtungsflüssigkeit (5) vorgesehen ist, der das untere Ende der Wand (4) umgreift.
4. Stromdurchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß
a) die Wand (4) die Büchse (3) umschließt,
b) das untere Ende der Elektrode (2) aus der Büchse herausragt,
c) Elektrode, Büchse und Wand so dimensioniert sind, daß das untere Ende von Büchse und Wand sich in einem Temperaturbereich unterhalb von 100°C befinden und
d) das untere Ende der Wand mittels einer geeigneten Abdichtung (8, 9, 10, 11) oder eines geeigneten Dichtungsmaterials (7) gasdicht und elektrisch isolierend mit der Elektrode verbunden ist.
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