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WO2025067846A1 - Device for forming a hot process gas flow - Google Patents

Device for forming a hot process gas flow Download PDF

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Publication number
WO2025067846A1
WO2025067846A1 PCT/EP2024/074884 EP2024074884W WO2025067846A1 WO 2025067846 A1 WO2025067846 A1 WO 2025067846A1 EP 2024074884 W EP2024074884 W EP 2024074884W WO 2025067846 A1 WO2025067846 A1 WO 2025067846A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
process gas
heating element
housing
electrical coil
flow channels
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2024/074884
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gotthard Wolf
Andreas Kessler
Lukas Mastaler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bergakademie Freiberg
Original Assignee
Bergakademie Freiberg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102023209378.2A external-priority patent/DE102023209378A1/en
Priority claimed from DE102024201571.7A external-priority patent/DE102024201571A1/en
Application filed by Bergakademie Freiberg filed Critical Bergakademie Freiberg
Publication of WO2025067846A1 publication Critical patent/WO2025067846A1/en
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H05B6/108Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor for heating a fluid
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    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/36Coil arrangements
    • H05B6/44Coil arrangements having more than one coil or coil segment

Definitions

  • the invention relates to a device for forming a hot process gas stream, with which a hot gas flare is provided for heating products and for use in production processes.
  • the core of the invention lies in the inductive heating of a heater, the transfer of heat to the surrounding process gas, and the use of this hot process gas.
  • the invention serves as a potential decarbonized replacement for a gas burner.
  • the invention enables the provision of thermal energy and sufficient heating of a process gas up to very high temperatures using electrical energy alone, and also replaces conventional gas burners. It thus contributes to the decarbonization of heating systems.
  • the device is particularly suitable for use in metallurgical processes. However, it can also be used in many other applications.
  • Metallurgical processes include the melting and holding of metals or glass, the heating of heat treatment furnaces, and the thermal treatment of any material, including bulk materials.
  • Hot gas generators based on electrical resistance heating are also commonly used on the market, but their performance is currently limited to gas temperatures of approximately 1000 °C and to power outputs of approximately 100 kW.
  • Burners are also in use, where the desired heat is achieved by oxidizing a fuel. These use a variety of hydrocarbon compounds as fuel, which release CO2 during oxidation.
  • a process gas flows through a preferably hollow-cylindrical housing made of a refractory material with a predeterminable volume flow from an inlet to an outlet to form a hot process gas stream. After the outlet, a flare of the hot process gas forms.
  • a heating element made of a material that can be heated by electrical induction and on which at least one flow channel is present through which the process gas flows.
  • the material of the heating element contains at least 90% by mass of a material that can be heated by electrical induction.
  • the internally hollow housing is enclosed by at least one non-linearly wound electrical coil, in which the number of turns is reduced over the length of the electrical coil, starting from the inlet towards the outlet.
  • the at least one electrical coil is connected to an electrical voltage source with which alternating voltage or a pulsed direct voltage is applied to the electrical coil.
  • the number of turns of the electrical coil should be selected so that in the first third of the length of at least one radiator, from the inlet for the process gas at least 25% more power can be inductively coupled into the heater than in the area of the outlet for the process gas.
  • the area of the electrical coil arranged directly or close to the inlet for the process gas there can be at least 20%, preferably greater than 30% more turns per length of the electrical coil than is the case in the area of the outlet and areas close to the outlet. At least 20%, preferably greater than 30% more turns should be present over at least 30% of the length of the respective electrical coil starting from the inlet. If there is more than one electrical coil, at least the electrical coil that encloses the heater in the area of the inlet should have at least 20%, preferably greater than 30% more turns than at least one electrical coil arranged downstream in the direction of flow.
  • an electrical coil can also have windings that are not rotationally symmetrical, but rather have windings with a polygonal cross-section.
  • An electrical coil can also have different edge lengths, so that each electrical coil, for example, has a different height and width on its sides.
  • At least two electrical coils can be arranged one after the other on the outside of the housing in the flow direction of the process gas, each connected to an electrical voltage source with which alternating voltage or a pulsed direct voltage is applied to the electrical coil.
  • the first electrical coil, arranged in the inlet region is operated with a higher electrical power than at least one further electrical coil arranged downstream of the first electrical coil in the flow direction of the process gas.
  • at least 25% more power should be able to be coupled into the heater in the inlet region than in the outlet region.
  • the introduction of more energy into the inlet side of the radiator than into the outlet side is advantageous, since The colder incoming process gas has a greater cooling effect on the at least one heating element than at the outlet where the heated process gas has reached operating temperature.
  • a different energy supply and thus different inductive heating of the element over the length is advantageous. This allows the entire length of the heating element to be fully utilized and the operating temperature to be reached more quickly, and temperature-related mechanical stresses in the heating element can be reduced or even completely avoided.
  • the process gas flows along the inner wall of the housing and the surface of at least one heating element to heat it.
  • the process gas can flow both around and through the at least one heating element, thereby heating the process gas along the flow path from inlet to outlet.
  • the housing and the at least one heating element should each be made of a material whose melting point is greater than the maximum temperature of the heated process gas.
  • the device is intended to transfer the thermal energy inductively introduced into the at least one heating element to a process gas.
  • the at least one heating element should be formed from a paramagnetic and high-temperature-resistant material, which advantageously has a passivating oxide layer on its surface.
  • This resistant oxide layer protects the at least one heating element from further undesirable reactions at higher temperatures, particularly at the operating temperature of the hot gas flare formed with the hot process gas, which may exceed 1100 °C, when air or other oxygen-containing gas mixtures are used as the process gas.
  • the oxide layer should be formed at least on the surfaces that are or could be in contact with the process gas.
  • the at least one heating element may be made of zirconium and/or its Alloys and/or an alloy with the main component being a refractory metal—in particular tantalum, tungsten, niobium, or molybdenum—and other alloying elements, in particular chromium and/or titanium.
  • a nickel-based alloy can also be used to manufacture a radiator.
  • a base alloy contains at least 50% of these metals by mass.
  • the respective chemical compound, metal or alloy has a minimum proportion of 95% by mass of the radiator material.
  • an intermetallic compound of molybdenum, silicon, and/or tungsten, and especially molybdenum and silicon may contain such additives.
  • additives can include, in particular, 1% to 2% by mass of aluminum and ⁇ 1% by volume of other elements.
  • It may also contain a carbide which is bonded to a transition metal from group 4, 5 and 6 of the periodic table of elements and/or a nitride with a transition metal from group 4 and/or a silicide with a transition metal from group 4, 5 and 6, in particular an intermetallic compound of molybdenum and silicon and/or molybdenum, silicon and tungsten and/or further additives and/or a compound of silicon and carbon and/or further additives.
  • a carbide which is bonded to a transition metal from group 4, 5 and 6 of the periodic table of elements and/or a nitride with a transition metal from group 4 and/or a silicide with a transition metal from group 4, 5 and 6, in particular an intermetallic compound of molybdenum and silicon and/or molybdenum, silicon and tungsten and/or further additives and/or a compound of silicon and carbon and/or further additives.
  • the respective chemical compound, metal or alloy has a minimum proportion of 95% by mass of the radiator material.
  • the protective oxide layer on the surface of the at least one heating element can be formed outside the device prior to use. This can be achieved by treating the at least one heating element in an oxygen-containing atmosphere, better still in an oxygen-containing atmosphere heated to several hundred degrees, or by treating it in a corrosive solution.
  • the oxide layer on the surface of the at least one heating element should be continuous and cover all surfaces that come into contact with the Process gas. This particularly applies to internal or external flow channels and the lateral surface(s).
  • the process gas can flow along the inner wall of the housing and the outer surface of the heating element and/or through at least one flow channel of the at least one heating element.
  • the number of turns of the at least one electrical coil can be continuously reduced over the length of the at least one electrical coil in the flow direction of the process gas.
  • Controlled inductive heating of the heater and the process gas can also be achieved by at least two electrical coils with different numbers of turns along their length, whereby the first electrical coil arranged in the inlet region has a greater number of turns than an electrical coil arranged downstream in the flow direction of the process gas or in the outlet region.
  • the first electrical coil can be operated with greater power than other electrical coils arranged downstream in the flow direction of the process gas through the heater.
  • the incoming process gas can be heated at a higher heating rate in the inlet area and then at a lower heating rate toward the outlet. This prevents large temperature differences between the inlet area and the outlet area of the process gas on at least one heater.
  • At least one additional electrical power supply for additional electrical coils can be dispensed with. If at least two equally linear electrical coils are used, this has the advantage of being able to use standardized coils.
  • One or more heating elements can be arranged inside the housing as a bundle with at least three, preferably more than four, flow channels or as a composite body. Flow channels can preferably be tubular or hollow cylindrical.
  • the at least one heating element can be designed in the form of a straight tube bundle with at least three, preferably more than four flow channels, in which the individual flow channels are electrically insulated from one another and the spaces between the individual flow channels are filled with electrically non-conductive material, and in which the process gas to be heated flows around the outer surface of the bundle and through the inner flow channels.
  • heating elements can also be arranged inside the housing as a layered, contactless and electrically insulated arrangement with at least three, preferably more than four elements, such as tubes.
  • the flow channels through which the flow occurs and, if applicable, the outer surface around which the flow occurs can preferably be tubular.
  • a heating element can also be designed in the form of a bundle of at least three, preferably more than four, flow channels rotated as a helix, in which the individual flow channels are electrically insulated from one another, and the spaces between the individual flow channels are filled with electrically non-conductive material, and in which the process gas to be heated flows around the outer surface of the bundle and through the inner flow channels.
  • a radiator can also be in the form of a cylinder which is traversed by at least three, preferably more than four internal flow channels whose diameter is greater than 2 mm and the flow channels are designed to run in a straight line.
  • a radiator can also be in the form of a cylinder which is traversed by at least three, preferably more than four internal flow channels whose diameter is greater than 2 mm and the flow channels are designed to run in a straight line. It is also possible for a radiator in the form of a cylinder to be traversed by at least three, preferably more than four, internal flow channels whose diameter is greater than 2 mm and which rotate as a helix or are designed as turns.
  • a radiator can be designed in the form of several assembled discs which are traversed by at least three, preferably more than four, internal flow channels which have a minimum diameter of 2 mm and which can run at a right angle or at an angle to the end face.
  • the at least one heating element can also be in the form of an arrangement of at least three, preferably more than four straight tubes, each with a flow channel, which is layered within the housing by an electrically non-conductive, preferably ceramic structure, in a contactless layered manner.
  • the individual tubes are electrically insulated from one another and contactless, and the spaces between the individual tubes are filled with electrically non-conductive material.
  • the process gas to be heated flows around the free outer surface of the tubes and through the inner flow channel.
  • Individual tubes of the arrangement can have other media flowing through them that differ from the process gas.
  • the media can be in any state of aggregation.
  • the electrically non-conductive, preferably ceramic structure does not have to be present over the entire length of the heating element arrangement; the smallest possible number of structural elements over the length is advantageous, for example 5 structures per meter of length.
  • the diameter of a single inner flow channel should be greater than 2 mm.
  • the contactless layered arrangement of the radiator consisting of at least three, preferably more than four tubes, can almost completely fill the cross-sectional area of the first inner casing.
  • the length of the inner flow channels of at least one heating element can be increased by the windings, which is advantageous for the heat transfer to the process gas can be utilized and it allows the length of the radiator to be reduced accordingly.
  • a housing can be made of quartz glass, Al2O3, ZrO2 or MgO or a chemical compound and/or a mixture of these materials.
  • the housing in which the heating element is arranged can be enclosed by a second and/or a third housing, so that process gas flows through a gap between the first housing and the second housing and/or through a gap between the second housing and the third housing in countercurrent or cocurrent to the process gas flow to preheat the process gas.
  • a second housing and/or a third housing can be provided on their surfaces facing the heating element with a reflective surface coating made of titanium nitride, or aluminum chromium nitride, or titanium aluminum nitride, or another coating reflecting electromagnetic radiation in the wavelength range of infrared light, which does not serve, or only serves to a very small extent, for inductive heating.
  • a second or third housing can be assembled from at least two parts, for example half shells, which can facilitate the formation of a reflective surface coating on the inner surfaces facing the radiator.
  • the temperature of the process gas exiting the outlet can be controlled by adjusting the process gas volume flow and/or the electrical power with which the at least one electrical coil is operated.
  • the geometry of the at least one heating element and/or the inlet can be designed geometrically and/or by means of additional equipment in such a way that the heat transfer between the at least one heating element and the process gas can be maximized, in particular by swirling the process gas flow.
  • surfaces on the heating element that are subject to and/or flowing around the process gas can be provided with contour elements.
  • the outlet can be configured geometrically and/or by means of an apparatus such that the flow of the hot process gas exiting the device is modified in such a way that the heat transfer to any solid, melt, liquid, gas, and/or plasma located in the exiting process gas stream is maximized.
  • This can be achieved by a design with at least one nozzle-shaped outlet opening.
  • the outlet can be designed geometrically and/or by an apparatus in such a way that the average flow velocity of the process gas and/or the geometry of the process gas flow can be modified, in particular by means of a correspondingly geometrically designed nozzle.
  • the length of the inner flow channels of at least one heater can be increased, which can be advantageously used for heat transfer to the process gas.
  • a radiator can be designed in the form of at least one cylinder, which is traversed by at least three, preferably more than four, internal flow channels.
  • the internal flow channels can straight or to increase their length, rotated as a helix or formed as a coil.
  • the diameter of a single internal flow channel should be greater than 2 mm.
  • a radiator can be designed in the form of at least two assembled discs traversed by at least three, preferably more than four, flow channels.
  • the flow channels can be straight or angled to the front surface of the disc.
  • the diameter of an individual inner flow channel should be greater than 2 mm.
  • the ratio of the area of the cross section of the inner flow channels of the at least one heating element to the area of the annular gap present between the outer surface of the at least one heating element and the inner wall of the first housing should be between 1:2 and 4:1.
  • At least one heating element and the flow channels should be tubular.
  • the element(s) could also have other geometries of their internal free cross-sectional areas and/or their surfaces.
  • the tubular shape offers advantages in terms of flow and due to the relatively large surface area, which contributes to heating the process gas.
  • the process gas can be air, but also another gas or gas mixture that may be advantageous for the respective heating process. This includes, in particular, inert gases that do not influence the elements, materials, and objects to be heated. can avoid.
  • the temperature of the process gas exiting the outlet can be controlled by adjusting the process gas volume flow and/or the electrical power used to operate the at least one electrical coil.
  • the temperature of the process gas at the outlet can be determined, thus establishing a control loop.
  • the amount of heat transferred is determined by the surface area of the at least one heating element around which the process gas flows, the surface area of the internal flow channels, the number and length of the at least one heating element and the internal flow channels, as well as the temperature of the at least one heating element.
  • the heat transfer from the heating element(s) to the flowing process gas is crucial for efficiency.
  • the heat output of the device can be controlled via the electrical power supplied, the quantity and pressure of the process gas flowing into the device, and the flow temperature of the process gas entering the device.
  • process gas can be preheated in or upstream of the device. External preheating of the process gas upstream of the device can be achieved, for example, using a resistance-heated device.
  • the process gas supply to the device can be achieved with a compressor system for multiple devices or with a compressor associated with the device according to the invention, which is preferably controllable or regulatable. Furthermore, a flow condition particularly favorable for heat transfer from the at least one heating element to the process gas can be set in the process gas supply.
  • the geometry of the at least one heating element and/or the inlet for the process gas to be heated into the device can be designed geometrically and/or by means of an apparatus in such a way that the heat transfer between the at least one heating element and the process gas flow is maximized. This can be achieved, in particular, by turbulence in the process gas flow. Contour elements that extend the path of the process gas along a surface of the at least one heating element used for heating and/or lead to turbulence can also be used for this purpose.
  • the device may include an additional housing made of a fireproof material that externally encloses the electrical coil(s). This additional housing can serve as protection against the high temperatures.
  • the process gas outlet from the device can also be optimized for specific applications.
  • the outlet can be designed geometrically and/or by a movable device to modify the flow of the process gas in such a way that the heat transfer to any solid, melt, liquid, gas, and/or plasma present in the exiting process gas stream can be maximized.
  • the outlet for the hot process gas can be configured with an appropriate geometric design or device to modify the velocity and/or shape of the process gas flow or the process gas flare. This can be achieved, for example, by means of at least one appropriately geometrically designed nozzle that can influence the cross-section, flow velocity, and/or direction of the hot process gas flow exiting the device.
  • the selection of at least one electrical coil (design, electrical conductivity and number of turns) as well as the frequency of the electrical voltage with which it is operated can be optimized taking into account the geometry and material of the radiator(s).
  • the following requirement for the ratio between the individual radiator diameter d and the current penetration depth [according to Benkowsky 1990] results in the frequency selection:
  • the above formula describes the current penetration depth. This number indicates the thickness up to which 86% of the induced energy is converted into heat. The remaining 14% is absorbed by deeper layers. Due to this fact, there is an optimized relationship between the total diameter of the heating element and the current penetration depth for inductive heating. In addition to the frequency, this formula also takes into account the temperature-dependent material properties of the body to be heated, such as the specific electrical resistance and relative permeability.
  • the performance limits of the invention can be extended to applications at temperatures above 1000 °C and power outputs in the MW range.
  • the invention will be explained in more detail below by way of example.
  • Figure 1 shows an example of a device according to the invention with a non-linear electrical coil and a cylindrical heating element with a surface structure
  • Figure 2 a second example with two different electrical coils and a cylindrical heater and a possibility for preheating process gas
  • Figure 3 an example of a radiator made of a tube bundle
  • Figure 4 an example of a radiator made of a twisted tube bundle
  • FIG. 5 an example of a radiator made of a cylinder with internal flow channels
  • Figure 6 shows an example of a radiator consisting of a cylinder with internal flow channels that are rotated.
  • Figure 7 shows an example of a radiator made up of several assembled discs with internal flow channels
  • Figure 8 an example of a non-linear wound electrical coil
  • Figure 9 an example of two electrical coils with different power
  • Figure 10 shows an example of a radiator variant consisting of a contactless layered arrangement of tubes in a square profile as a housing
  • FIG 11 shows an example of a radiator variant consisting of a contactless layered arrangement of tubes in a round tube as a housing
  • process gas flows into an inlet 5 from a compressor (not shown) of the device.
  • the process gas flows through a housing 2 made of refractory material towards the outlet 6 of the device, where it can be used for subsequent further heating downstream of the outlet 6, utilizing the high temperature of the heating element 1.
  • a structure on the surfaces over which the process gas flows can be advantageous for heat transfer compared to a smooth surface.
  • the housing 2 is made of ceramic, e.g. Al2O3 or ZrO2, and is enclosed by at least one electrical coil 3, so that the at least one heating element 1 arranged inside it can be heated by electrical induction.
  • the electrical coil 3 is designed to be non-linear in order to introduce a different amount of energy into the at least one heating element 1 over its length. More energy is introduced inductively in the area of the inlet side of the at least one heating element 1 than in the area of the outlet side.
  • the heating element 1 has a resistant, passivating oxide layer formed before use on its surfaces that come into contact with the process gas and is, in this case, formed, for example, from a nickel-based alloy or from zirconium or a zirconium alloy or an alloy with a refractory metal as the base element - in particular a tantalum-, tungsten-, niobium-, or molybdenum-based alloy.
  • a base alloy the aforementioned metals are contained in a proportion of at least 50% by mass. These materials can also be used in the examples described below.
  • the number of turns of the electrical coil 3 varies along its length.
  • the number of turns of the electrical coil 3 is greater in the region of the heater 1 closest to the inlet 5 for the process gas than in regions of the electrical coil 3 further downstream toward the outlet 6.
  • the at least one electrical coil 3 is connected to an electrical voltage source (not shown), whose power and frequency can be controlled or regulated, which should preferably be done depending on the desired final temperature of the process gas after the outlet 6.
  • the frequency of the electrical voltage should be matched to the geometry and material of the heater 1.
  • a fireproof closure element 4 is arranged at the inlet 5 to prevent backflow of heated process gas.
  • the example shown in Figure 2 shows a device that enables preheating of the process gas while simultaneously providing additional thermal insulation.
  • two electrical coils with different winding densities and different power ratings are used.
  • the first electrical coil 3a located close to the inlet 5, has a higher winding density and is operated with a higher electrical power rating than a second electrical coil 3b or another electrical coil located closer toward the outlet 6.
  • the process gas flows for preheating and insulating the electrical coils 3a and 3b, first in the gap between the second housing 7 and the third housing 8, then in the opposite direction in the gap between the second housing 7 and the first housing 2.
  • the process gas now flows into the space between the surface of the heating element 1, which in the example is a cylindrical body, and the first housing 2, as well as through the internal flow channels of the heating element 1. Heating to the desired process temperature of the process gas takes place at these surfaces.
  • the process gas reaches the outlet 6 through the intermediate space and the flow channels 11.
  • the electrical coils 3a and 3b are enclosed by a ceramic housing 9.
  • a housing 9 can in principle be present in the invention and thus also in the other examples.
  • inductively heated heaters 1 can be incorporated into the devices already shown for heating a process gas.
  • the example shown in Figure 3 has an exemplary heater 1.
  • Several straight tubes as flow channels 11 are combined in a bundle and can be heated by electrical induction.
  • Process gas flows over the outer surface 10 of the bundle, which forms the heater 1, and through the inner flow channels 11.
  • heater 1 shown in Figure 4.
  • the heater 1 several tubes are bundled as flow channels 11 and additionally rotated in a helix.
  • the process gas flows along the outer surface 10 of the bundle and through the tubes to be heated.
  • the extended path of the inner flow channels 11 and the turbulence generated by the windings enable improved heat transfer from the heater 1 to the process gas.
  • the example shown in Figure 5 has a heater 1 configured as a cylinder.
  • the cylinder is traversed by several internal, linear flow channels 11.
  • the internal surfaces of the flow channels 11 also represent a surface on which the process gas is heated.
  • the heater 1 in Figure 5 consists of only one body, which is advantageous for heat conduction within the heater 1.
  • the example shown in Figure 6 also represents a cylindrical heater 1, around whose outer surface 10 the process gas flows.
  • the internal flow channels 11 are configured as a helix or coils.
  • the extended flow path and the turbulence generated by the coils allow for improved heat transfer from the heater 1 to the process gas.
  • This type of heater 1 can be manufactured, for example, by casting or additive manufacturing.
  • FIG. 7 Another example of a cylindrical radiator 1 is shown in Figure 7 in the form of several assembled discs, which are traversed by straight or angled holes as flow channels. ten discs, with the inner flow channels 11 used for heat transfer and the shell surface 10, form a cylinder which can be extended as desired in its total length by adding further discs.
  • FIG. 8 An example of a non-linearly wound electrical coil 3 is shown in Figure 8.
  • the electrical coil 3 has a greater winding density (number of turns per length of the electrical coil) in the area at the inlet 5 than in the area at the outlet 6.
  • the number of turns per length is greater in the area of the inlet 5 than in the direction of the outlet 6. This makes it possible to heat the at least one heating element 1, which is located inside the housing 2, more strongly in the areas where the cooling effect of the heating process gas is greater.
  • FIG. 9 Another example of a possible coil arrangement for homogeneous heating of the at least one heating element 1 is shown in Figure 9 as a combination of two electrical coils 3a and 3b.
  • a higher power is introduced into the first electrical coil 3a than into the second electrical coil 3b.
  • the at least one heating element 1, which is arranged in the housing 2 is heated homogeneously despite the varying cooling effect of the process gas flowing from the inlet 5 to the outlet 6.
  • the example shown in Figure 10 for several heating elements 1 in a housing 2 is designed as a contactless layered arrangement of straight tubes.
  • the heating elements 1 several tubes, each with a flow channel 11 and a jacket surface 10, are layered contactlessly to one another and arranged in a defined manner separated from one another by an electrically non-conductive structure 12.
  • the process gas flows through the flow channels 11 for heating and along the jacket surface 10 without contact with contact points of the structure 12 for the defined arrangement.
  • a rounded square tube can be used as the surrounding housing 2.
  • the structure 12 serves for electrical insulation as well as the defined arrangement of the individual tubes and is
  • the electrically non-conductive structure is represented as a grid-like structure made up of insulation elements connected perpendicular to one another.
  • FIG. 11 Another example is the heating element arrangement shown in Figure 11.
  • several heating elements 1 are arranged as straight tubes in a tubular housing 2, layered in contact with one another by an electrically non-conductive structure 12.
  • the process gas flows through the flow channels 11 to be heated and along the casing surface 10 without contact with the electrically non-conductive structure 12.
  • the structure 12 for the defined arrangement of the heating elements 1 in the housing 2 is a uniform stacking of elements with a hexagonal cross-section; however, other arrangements with polygons in various housing geometries are also possible.
  • the flow channels 11 can also have polygonal cross-sections.

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Abstract

A heating element (1) having at least one flow channel (11), through or around which the process gas flows, is provided in the device housing (2). At least one non-linearly wound electric coil (3) that is connected to an electric voltage source is arranged in the housing (2), and/or at least two electric coils (3a, 3b) are successively arranged on the outer side of the housing (2) and connected to an electric voltage source. The first electric coil (3a) is operated at a higher electric power than the at least one additional electric coil (3b). The number of windings of an electric coil (3) is selected such that in the first third of the length of the at least one heating element, at least 25 % more power can be inductively coupled into the heating element than in the region of the output (6), or in the event that at least one first electric coil (3a) and an additional electric coil (3b) are used, by means of the first electric coil (3a) at least 25 % more power can be coupled into the heating element (1) than in the region of the output (6).

Description

Vorrichtung zur Ausbildung eines heißen Prozessgasstromes Device for forming a hot process gas stream

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausbildung eines heißen Prozessgasstromes, mit der eine Heißgasfackel zur Erwärmung von Erzeugnissen und zur Anwendung in Produktionsprozessen zur Verfügung gestellt wird.The invention relates to a device for forming a hot process gas stream, with which a hot gas flare is provided for heating products and for use in production processes.

Sie kann beispielsweise zum Schmelzen von Metall oder Glas oder auch für eine Wärmebehandlung oder Erwärmung von verschiedenen Bauteilen oder Werkstoffen eingesetzt werden. Der Kern der Erfindung liegt in der induktiven Erwärmung eines Heizkörpers, der Übertragung der Wärme auf das umströmende Prozessgas und der Verwendung dieses heißen Prozessgases. Insofern dient die Erfindung als möglicher dekarbonisierter Ersatz für einen Gasbrenner. It can be used, for example, for melting metal or glass or for heat treatment or heating of various components or materials. The core of the invention lies in the inductive heating of a heater, the transfer of heat to the surrounding process gas, and the use of this hot process gas. In this respect, the invention serves as a potential decarbonized replacement for a gas burner.

Mit der Erfindung kann allein durch Einsatz elektrischer Energie eine Bereitstellung von Wärmeenergie und eine ausreichende Erwärmung eines Prozessgases bis hin zu sehr hohen Temperaturen erreicht und zusätzlich heute übliche Gasbrenner ersetzt werden. Sie trägt damit zu einer Dekarbonisierung von Heizeinrichtungen bei. Die Vorrichtung kann insbesondere für den Einsatz in metallurgischen Prozessen genutzt werden. Sie kann aber auch bei vielen anderen Anwendungsfällen eingesetzt werden. Die metallurgischen Prozesse umfassen dabei das Schmelzen und Warmhalten von Metallen oder auch Glas, das Beheizen von Wärmebehandlungsöfen sowie das thermische Behandeln von jeglichem Material, auch das von Schüttgütern. The invention enables the provision of thermal energy and sufficient heating of a process gas up to very high temperatures using electrical energy alone, and also replaces conventional gas burners. It thus contributes to the decarbonization of heating systems. The device is particularly suitable for use in metallurgical processes. However, it can also be used in many other applications. Metallurgical processes include the melting and holding of metals or glass, the heating of heat treatment furnaces, and the thermal treatment of any material, including bulk materials.

Am Markt sind üblicherweise auch Heißgaserzeuger auf Basis einer elektrischen Widerstandsbeheizung (Heißluftpistolen - Heißluftkanonen) im Einsatz, die aber in ihrer Leistung derzeit bei Gastemperaturen von ca. 1000 °C und auf Leistungen von ca. 100 kW begrenzt sind. Hot gas generators based on electrical resistance heating (hot air guns - hot air cannons) are also commonly used on the market, but their performance is currently limited to gas temperatures of approximately 1000 °C and to power outputs of approximately 100 kW.

Diese Leistungsgrenzen werden mit der Verwendung einer induktiven Einbringung der Energie erheblich zu Temperaturen von über 1000 °C und Leistungen in den MW-Bereich erweitert. These performance limits are significantly extended to temperatures of over 1000 °C and power levels in the MW range by using inductive energy input.

Außerdem sind Brenner, bei denen die gewünschte Wärme durch Oxidation eines Brennstoffs erreicht wird, im Einsatz. Dabei werden als Brennstoff verschiedenste Kohlenwasserstoffverbindungen eingesetzt, die bei der Oxidation zur Freisetzung von CO2 führen. Burners are also in use, where the desired heat is achieved by oxidizing a fuel. These use a variety of hydrocarbon compounds as fuel, which release CO2 during oxidation.

Beim Betreiben von induktiv erwärmbaren Vorrichtungen, mit denen Fluide auch auf höhere Temperaturen erwärmt werden, kann es zu thermisch induzierten mechanischen Spannungen kommen. Dabei wirken sich die großen Temperaturunterschiede zwischen der Eintrittsseite und der Austrittsseite für das jeweilige Fluid nachteilig aus. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für eine Erwärmung eines Prozessgasstromes anzugeben, bei der Temperaturen von mindestens 1000 °C erreicht werden und es zu keiner Freisetzung von CO2 kommt, ein Wirkungsgrad von mindestens 30 % erreicht werden kann und es zu einer möglichst homogenen Erwärmung des Prozessgases in einer Vorrichtung zur Erwärmung kommt. When operating inductively heated devices that heat fluids to higher temperatures, thermally induced mechanical stresses can occur. The large temperature differences between the inlet and outlet sides have a detrimental effect on the respective fluid. It is therefore an object of the invention to provide possibilities for heating a process gas stream in which temperatures of at least 1000 °C are reached and no CO2 is released, an efficiency of at least 30% can be achieved and the process gas is heated as homogeneously as possible in a heating device.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in anhängigen Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden. According to the invention, this object is achieved by a device having the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be realized with features defined in the appended claims.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchströmt ein Prozessgas zur Ausbildung eines heißen Prozessgasstromes ein bevorzugt hohlzylinderförmiges aus einem feuerfesten Material bestehendes Gehäuse mit vorgebbarem Volumenstrom von einem Eintritt zu einem Austritt. Nach dem Austritt bildet sich eine Fackel des heißen Prozessgases. Im Inneren des Gehäuses ist mindestens ein Heizkörper, der mit mittels elektrischer Induktion erwärmbaren Werkstoff gebildet ist und an dem mindestens ein Strömungskanal vorhanden ist, der vom Prozessgas durch- und/oder umströmt wird, angeordnet. Dabei sollte unter mit mittels einem Werkstoff, verstanden werden, dass der Werkstoff des Heizkörpers mindestens 90 Masse-% eines mittels elektrischer Induktion erwärmbaren Werkstoff enthält. In the device according to the invention, a process gas flows through a preferably hollow-cylindrical housing made of a refractory material with a predeterminable volume flow from an inlet to an outlet to form a hot process gas stream. After the outlet, a flare of the hot process gas forms. Arranged inside the housing is at least one heating element made of a material that can be heated by electrical induction and on which at least one flow channel is present through which the process gas flows. By means of a material, it should be understood that the material of the heating element contains at least 90% by mass of a material that can be heated by electrical induction.

Das innen hohle Gehäuse ist von mindestens einer nichtlinear gewickelten elektrischen Spule, bei der ausgehend vom Eintritt in Richtung Austritt die Anzahl der Windungen über die Länge der elektrischen Spule verringert ist, umschlossen. The internally hollow housing is enclosed by at least one non-linearly wound electrical coil, in which the number of turns is reduced over the length of the electrical coil, starting from the inlet towards the outlet.

Die mindestens eine elektrische Spule ist an eine elektrische Spannungsquelle, mit der Wechselspannung oder eine gepulste Gleichspannung an die elektrische Spule angelegt wird, angeschlossen. The at least one electrical coil is connected to an electrical voltage source with which alternating voltage or a pulsed direct voltage is applied to the electrical coil.

Dabei soll die Anzahl der Windungen der elektrischen Spule so gewählt sein, dass im ersten Drittel der Länge des mindestens einen Heizkörpers ausgehend vom Eintritt für das Prozessgas mindestens 25 % mehr Leistung in den Heizkörper induktiv einkoppelbar ist, als im Bereich des Austritts für das Prozessgas. Dazu können im Bereich der elektrischen Spule die direkt bzw. nah bei dem Eintritt für das Prozessgas angeordnet sind, mindestens 20 % bevorzugt größer 30 % mehr Windungen je Länge der elektrischen Spule vorhanden sein, als dies im Bereich des Austritts und dem Austritt nahen Bereichen. Dabei sollten mindestens 20 % bevorzugt größer 30 % mehr Windungen zumindest über 30 % der Länge der jeweiligen elektrischen Spule ausgehend vom Eintritt vorhanden sein. Bei mehr als einer elektrischen Spule sollte zumindest die elektrische Spule, die im Bereich des Eintritts den Heizkörper umschließt mindestens 20 % bevorzugt größer 30 % mehr Windungen aufweisen, als mindestens eine in Strömungsrichtung nachfolgend angeordnete elektrische Spule. The number of turns of the electrical coil should be selected so that in the first third of the length of at least one radiator, from the inlet for the process gas at least 25% more power can be inductively coupled into the heater than in the area of the outlet for the process gas. For this purpose, in the area of the electrical coil arranged directly or close to the inlet for the process gas, there can be at least 20%, preferably greater than 30% more turns per length of the electrical coil than is the case in the area of the outlet and areas close to the outlet. At least 20%, preferably greater than 30% more turns should be present over at least 30% of the length of the respective electrical coil starting from the inlet. If there is more than one electrical coil, at least the electrical coil that encloses the heater in the area of the inlet should have at least 20%, preferably greater than 30% more turns than at least one electrical coil arranged downstream in the direction of flow.

Neben einer Änderung der Wicklungsdichte der Spule kann dieser Effekt auch durch eine Änderung des Querschnittes der Spule oder des Profils der Spule oder einer Änderung der Ausrichtung des Profils der Spule erreicht werden. So kann eine elektrische Spule auch Windungen aufweisen, die keine rotationssymmetrischen sondern Windungen mit mehreckigem Querschnitt aufweisen. Dabei kann eine elektrische Spule auch unterschiedliche Kantenlängen aufweisen, so dass eine jeweilige elektrische Spule beispielsweise eine unterschiedliche Höhe und Breite an Seiten haben. In addition to changing the winding density of the coil, this effect can also be achieved by changing the cross-section or profile of the coil, or by changing the orientation of the coil profile. For example, an electrical coil can also have windings that are not rotationally symmetrical, but rather have windings with a polygonal cross-section. An electrical coil can also have different edge lengths, so that each electrical coil, for example, has a different height and width on its sides.

Allein oder zusätzlich können bei einer erfindungsgemäßen Alternative an der Außenseite des Gehäuses in Strömungsrichtung des Prozessgases mindestens zwei elektrische Spulen nacheinander angeordnet und jeweils an eine elektrische Spannungsquelle, mit der Wechselspannung oder eine gepulste Gleichspannung an die elektrische Spule angelegt ist, angeordnet sein, wobei die erste elektrische Spule, die im Bereich des Eintritts angeordnet ist, mit einer größeren elektrischen Leistung betrieben ist, als in Strömungsrichtung des Prozessgases nachfolgend an die erste elektrische Spule angeordnete mindestens eine weitere elektrische Spule. Auch hier sollen im Bereich des Eintritts mindestens 25 % mehr Leistung in den Heizkörper einkoppelbar sein als im Bereich des Austritts. In an alternative according to the invention, at least two electrical coils can be arranged one after the other on the outside of the housing in the flow direction of the process gas, each connected to an electrical voltage source with which alternating voltage or a pulsed direct voltage is applied to the electrical coil. The first electrical coil, arranged in the inlet region, is operated with a higher electrical power than at least one further electrical coil arranged downstream of the first electrical coil in the flow direction of the process gas. Here, too, at least 25% more power should be able to be coupled into the heater in the inlet region than in the outlet region.

Die Einbringung von mehr Energie in den eintrittsseitigen Bereich des Heizkörpers als in den austrittsseitigen Bereich ist vorteilhaft, da hier durch das kältere einströmende Prozessgas eine größere Kühlwirkung auf den mindestens einen Heizkörper wirkt als am Austritt wo das erwärmte Prozessgas die Betriebstemperatur erreicht hat. Um trotz der über die Länge abnehmenden Kühlwirkung des sich aufwärmenden Prozessgases die Temperatur des mindestens einen Heizkörpers zumindest nahezu homogen zu halten ist, ist eine unterschiedlich große Energiezufuhr und somit unterschiedlich starke induktive Erwärmung des Körpers über die Länge vorteilhaft. Es kann eine vollständige Nutzung der gesamten Länge des Heizkörpers und ein schnelleres Erreichen der Betriebstemperatur erreicht und temperaturbedingt auftretende mechanische Spannungen im Heizkörper reduziert oder gar ganz vermieden werden. The introduction of more energy into the inlet side of the radiator than into the outlet side is advantageous, since The colder incoming process gas has a greater cooling effect on the at least one heating element than at the outlet where the heated process gas has reached operating temperature. In order to keep the temperature of the at least one heating element at least almost uniform despite the cooling effect of the heating process gas decreasing over the length, a different energy supply and thus different inductive heating of the element over the length is advantageous. This allows the entire length of the heating element to be fully utilized and the operating temperature to be reached more quickly, and temperature-related mechanical stresses in the heating element can be reduced or even completely avoided.

Dabei strömt das Prozessgas zu seiner Erwärmung an der Innenwand des Gehäuses und der Oberfläche des mindestens einen Heizkörpers entlang. Der mindestens eine Heizkörper kann vom Prozessgas sowohl umströmt als auch durchströmt werden, um dabei das Prozessgas entlang des Strömungswegs vom Eintritt zum Austritt zu erwärmen. The process gas flows along the inner wall of the housing and the surface of at least one heating element to heat it. The process gas can flow both around and through the at least one heating element, thereby heating the process gas along the flow path from inlet to outlet.

Das Gehäuse und der mindestens eine Heizkörper sollten jeweils aus einem Werkstoff gebildet sein, dessen Schmelztemperatur größer als die Maximaltemperatur des erwärmten Prozessgases ist. Mit der Vorrichtung soll die induktiv in den mindestens einen Heizkörper eingebrachte Wärmeenergie auf ein Prozessgas übertragen werden. The housing and the at least one heating element should each be made of a material whose melting point is greater than the maximum temperature of the heated process gas. The device is intended to transfer the thermal energy inductively introduced into the at least one heating element to a process gas.

Der mindestens eine Heizkörper sollte mit einem paramagnetischen und hochtemperaturbeständigen Werkstoff gebildet sein, der vorteilhaft eine passivierende Oxidschicht an der Oberfläche aufweist. Diese beständige Oxidschicht schützt den mindestens einen Heizkörper, bei Verwendung von Luft oder anderen sauerstoffhaltigen Gasmischungen als Prozessgas, bei höheren Temperaturen und insbesondere bei der Betriebstemperatur der mit dem heißen Prozessgas gebildeten Heißgasfackel auch von über 1100 °C vor einer weiteren unerwünschten Reaktion. Die Oxidschicht sollte zumindest an den Oberflächen ausgebildet sein, die mit Prozessgas in Kontakt stehen bzw. stehen können. The at least one heating element should be formed from a paramagnetic and high-temperature-resistant material, which advantageously has a passivating oxide layer on its surface. This resistant oxide layer protects the at least one heating element from further undesirable reactions at higher temperatures, particularly at the operating temperature of the hot gas flare formed with the hot process gas, which may exceed 1100 °C, when air or other oxygen-containing gas mixtures are used as the process gas. The oxide layer should be formed at least on the surfaces that are or could be in contact with the process gas.

Der mindestens eine Heizkörper kann aus Zirconium und/oder seinen Legierungen und/oder einer Legierung mit dem Hauptbestandteil aus einem Refraktärmetall - insbesondere Tantal-, Wolfram-, Niob-, oder Molybdän und weiteren Legierungselementen insbesondere Chrom und/oder Titan gebildet sein. Es kann auch eine Nickelbasislegierung genutzt werden, mit der ein Heizkörper hergestellt werden kann. In einer Basislegierung sind die genannten Metalle mit mindestens 50 Masse-% enthalten. The at least one heating element may be made of zirconium and/or its Alloys and/or an alloy with the main component being a refractory metal—in particular tantalum, tungsten, niobium, or molybdenum—and other alloying elements, in particular chromium and/or titanium. A nickel-based alloy can also be used to manufacture a radiator. A base alloy contains at least 50% of these metals by mass.

Die jeweilige chemische Verbindung, oder das Metall oder die Legierung hat dabei einen Mindestanteil von 95 Masse-% am Heizkörperwerkstoff. The respective chemical compound, metal or alloy has a minimum proportion of 95% by mass of the radiator material.

So können beispielsweise bei einer intermetallischen Verbindung von Molybdän, Silizium und/oder Wolfram als auch insbesondere Molybdän und Silizium solche Zusätze enthalten sein. Dies können insbesondere 1 Masse-% - 2 Masse-% Aluminium und < 1 Vol.-% andere Elemente sein. For example, an intermetallic compound of molybdenum, silicon, and/or tungsten, and especially molybdenum and silicon, may contain such additives. These can include, in particular, 1% to 2% by mass of aluminum and < 1% by volume of other elements.

Es kann auch ein Carbid enthalten sein, das mit einem Übergangsmetall der Gruppe 4, 5 und 6 des Periodensystems der Elemente und/oder ein Nitrid mit einem Übergangsmetall der Gruppe 4 und/oder ein Silicid mit einem Übergangsmetall aus der Gruppe 4, 5 und 6, insbesondere einer intermetallischen Verbindung von Molybdän und Silizium und/oder Molybdän, Silizium und Wolfram und/oder weiteren Zusätzen und/oder einer Verbindungen von Silicium und Kohlenstoff und/oder weiteren Zusätzen sein. It may also contain a carbide which is bonded to a transition metal from group 4, 5 and 6 of the periodic table of elements and/or a nitride with a transition metal from group 4 and/or a silicide with a transition metal from group 4, 5 and 6, in particular an intermetallic compound of molybdenum and silicon and/or molybdenum, silicon and tungsten and/or further additives and/or a compound of silicon and carbon and/or further additives.

Die jeweilige chemische Verbindung, oder das Metall oder die Legierung hat dabei einen Mindestanteil von 95 Masse-% am Heizkörperwerkstoff. The respective chemical compound, metal or alloy has a minimum proportion of 95% by mass of the radiator material.

Die schützende Oxidschicht auf der Oberfläche des mindestens einen Heizkörpers kann vor dem Einsatz außerhalb der Vorrichtung ausgebildet werden. Dies kann durch eine Behandlung des mindestens einen Heizkörpers in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, besser noch in einer auf mehrere hundert Grad erhitzten sauerstoffhaltigen Atmosphäre oder einer Behandlung in einer korrosiven Lösung realisiert werden. Die Oxidschicht auf der Oberfläche des mindestens einen Heizkörpers sollte geschlossen sein und alle Oberflächen abdecken die in Kontakt mit dem Prozessgas stehen. Dies betrifft insbesondere auch innere oder äußere Strömungskanäle und die Mantelfläche(n). The protective oxide layer on the surface of the at least one heating element can be formed outside the device prior to use. This can be achieved by treating the at least one heating element in an oxygen-containing atmosphere, better still in an oxygen-containing atmosphere heated to several hundred degrees, or by treating it in a corrosive solution. The oxide layer on the surface of the at least one heating element should be continuous and cover all surfaces that come into contact with the Process gas. This particularly applies to internal or external flow channels and the lateral surface(s).

Das Prozessgas kann zu seiner Erwärmung an der Innenwand des Gehäuses und der äußeren Mantelfläche des Heizkörpers entlang und/oder durch mindestens einen Strömungskanal des mindestens einen Heizkörpers hindurch strömen. For heating purposes, the process gas can flow along the inner wall of the housing and the outer surface of the heating element and/or through at least one flow channel of the at least one heating element.

Die Anzahl der Windungen der mindestens einen elektrischen Spule kann über die Länge der mindestens einen elektrischen Spule in Strömungsrichtung des Prozessgases kontinuierlich verkleinert sein. The number of turns of the at least one electrical coil can be continuously reduced over the length of the at least one electrical coil in the flow direction of the process gas.

Eine gesteuerte induktive Erwärmung des Heizkörpers und des Prozessgases kann auch durch mindestens zwei elektrische Spulen mit unterschiedlicher Anzahl an Windungen über ihre Länge, wobei die im Bereich des Eintritts angeordnete erste elektrische Spule eine größere Anzahl an Windungen aufweist, als eine elektrische Spule, die die in Strömungsrichtung des Prozessgases nachfolgend oder im Bereich des Austritts angeordnet ist, aufweist, erreicht werden. Zusätzlich kann die erste elektrische Spule mit größerer Leistung betrieben werden, als weitere elektrische Spulen, die in Strömungsrichtung des Prozessgases durch den Heizkörper nachfolgend angeordnet sind. Controlled inductive heating of the heater and the process gas can also be achieved by at least two electrical coils with different numbers of turns along their length, whereby the first electrical coil arranged in the inlet region has a greater number of turns than an electrical coil arranged downstream in the flow direction of the process gas or in the outlet region. In addition, the first electrical coil can be operated with greater power than other electrical coils arranged downstream in the flow direction of the process gas through the heater.

Durch eine gesteuerte induktive Erwärmung des Heizkörpers kann erreicht werden, dass sich das einströmende Prozessgas im Bereich des Eintritts und danach mit höherer Heizrate erwärmt wird und sich die Heizrate in Richtung Austritt verringert. Es können so größere Temperaturdifferenzen zwischen dem Bereich des Eintritts in Richtung Austritt des Prozessgases am mindestens einen Heizkörper vermieden werden. Through controlled inductive heating of the heater, the incoming process gas can be heated at a higher heating rate in the inlet area and then at a lower heating rate toward the outlet. This prevents large temperature differences between the inlet area and the outlet area of the process gas on at least one heater.

Wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur eine nicht lineare elektrische Spule eingesetzt, kann auf mindestens eine weitere elektrische Spannungsversorgung für weitere elektrische Spulen verzichtet werden. Werden mindestens zwei gleich lineare elektrische Spulen eingesetzt hat dies den Vorteil, dass man auf standardisierte Spulen zurückgreifen kann. Ein oder mehrere Heizkörper kann/können als Bündel mit mindestens drei, bevorzugt mehr als vier Strömungskanälen oder als Verbundkörper im Inneren des Gehäuses angeordnet sein. Strömungskanäle können bevorzugt rohrförmig oder als hohlzylindrische Kanäle ausgebildet sein. If only one non-linear electrical coil is used in the device according to the invention, at least one additional electrical power supply for additional electrical coils can be dispensed with. If at least two equally linear electrical coils are used, this has the advantage of being able to use standardized coils. One or more heating elements can be arranged inside the housing as a bundle with at least three, preferably more than four, flow channels or as a composite body. Flow channels can preferably be tubular or hollow cylindrical.

Der mindestens eine Heizkörper kann in Form eines geraden Rohrbündels mit mindestens drei, bevorzugt mehr als vier Strömungskanälen, bei dem die einzelnen Strömungskanäle elektrisch voneinander isoliert sind sowie die Zwischenräume der einzelnen Strömungskanäle zueinander elektrisch nichtleitend gefüllt sind und bei dem das zu erwärmende Prozessgas um die Mantelfläche des Bündels und durch die inneren Strömungskanäle strömt, ausgebildet sein. The at least one heating element can be designed in the form of a straight tube bundle with at least three, preferably more than four flow channels, in which the individual flow channels are electrically insulated from one another and the spaces between the individual flow channels are filled with electrically non-conductive material, and in which the process gas to be heated flows around the outer surface of the bundle and through the inner flow channels.

Mehrere Heizkörper können auch als zueinander kontaktlos geschichtete und elektrisch voneinander isolierte Anordnung mit mindestens drei, bevorzugt mehr als vier Elementen, wie z.B. Rohren im Inneren des Gehäuses angeordnet sein. Die durchströmten Strömungskanäle und ggf. auch die umströmte Mantelfläche können bevorzugt rohrförmig ausgebildet sein. Several heating elements can also be arranged inside the housing as a layered, contactless and electrically insulated arrangement with at least three, preferably more than four elements, such as tubes. The flow channels through which the flow occurs and, if applicable, the outer surface around which the flow occurs can preferably be tubular.

Ein Heizkörper kann auch in Form eines Bündels aus mindestens drei, bevorzugt mehr als vier als Helix rotierten Strömungskanälen, bei dem die einzelnen Strömungskanäle elektrisch voneinander isoliert sind, sowie die Zwischenräume der einzelnen Strömungskanäle zueinander elektrisch nichtleitend gefüllt sind und bei dem das zu erwärmende Prozessgas um die Mantelfläche des Bündels und durch die inneren Strömungskanäle strömt, ausgebildet sein. A heating element can also be designed in the form of a bundle of at least three, preferably more than four, flow channels rotated as a helix, in which the individual flow channels are electrically insulated from one another, and the spaces between the individual flow channels are filled with electrically non-conductive material, and in which the process gas to be heated flows around the outer surface of the bundle and through the inner flow channels.

Ein Heizkörper kann auch in Form eines Zylinders, der von mindestens drei, bevorzugt mehr als vier inneren Strömungskanälen, deren Durchmesser größer als 2 mm ist und die Strömungskanäle geradlinig verlaufend ausgebildet sind, durchzogen sein. A radiator can also be in the form of a cylinder which is traversed by at least three, preferably more than four internal flow channels whose diameter is greater than 2 mm and the flow channels are designed to run in a straight line.

Ein Heizkörper kann auch in Form eines Zylinders, der von mindestens drei, bevorzugt mehr als vier inneren Strömungskanälen, deren Durchmesser größer als 2 mm ist und die Strömungskanäle geradlinig verlaufend ausgebildet sind, durchzogen sein. Es besteht auch die Möglichkeit, dass ein Heizkörper in Form eines Zylinders, der von mindestens drei, bevorzugt mehr als vier inneren Strömungskanälen, deren Durchmesser größer als 2 mm ist und die als Helix rotiert oder als Windungen ausgebildet sind, durchzogen sein. A radiator can also be in the form of a cylinder which is traversed by at least three, preferably more than four internal flow channels whose diameter is greater than 2 mm and the flow channels are designed to run in a straight line. It is also possible for a radiator in the form of a cylinder to be traversed by at least three, preferably more than four, internal flow channels whose diameter is greater than 2 mm and which rotate as a helix or are designed as turns.

Alternativ kann ein Heizkörper in Form mehrerer zusammengesetzter Scheiben, die von mindestens drei, bevorzugt mehr als vier inneren Strömungskanälen, die einen Mindestdurchmesser von 2 mm haben und die im rechten Winkel oder angewinkelt zur Stirnfläche verlaufen können, durchzogen sind, ausgebildet sein. Alternatively, a radiator can be designed in the form of several assembled discs which are traversed by at least three, preferably more than four, internal flow channels which have a minimum diameter of 2 mm and which can run at a right angle or at an angle to the end face.

Der mindestens eine Heizkörper kann auch in Form einer innerhalb des Gehäuses, durch eine elektrisch nichtleitende, bevorzugt keramischen Struktur zu einer kontaktlos geschichteten Anordnung von mindestens drei, bevorzugt mehr als vier geraden Rohren mit jeweils einem Strömungskanal, bei der die einzelnen Rohre zueinander elektrisch isoliert und kontaktlos sind, sowie die Zwischenräume der einzelnen Rohre zueinander elektrisch nichtleitend ausgefüllt sind und bei dem das zu erwärmende Prozessgas um die freie Mantelfläche der Rohre und durch den inneren Strömungskanal hindurch strömt ausgebildet sein. Einzelne Rohre der Anordnung können mit weiteren, vom Prozessgas abweichenden Medien durchströmt werden. Die Medien können in beliebigen Aggregatzuständen vorliegen. Die elektrisch nichtleitende bevorzugt keramische Struktur muss nicht über die gesamte Länge der Heizkörperanordnung vorliegen, vorteilhaft sind eine möglichst geringe Anzahl an Strukturelementen über die Länge, beispielsweise 5 Strukturen je Meter Länge. The at least one heating element can also be in the form of an arrangement of at least three, preferably more than four straight tubes, each with a flow channel, which is layered within the housing by an electrically non-conductive, preferably ceramic structure, in a contactless layered manner. The individual tubes are electrically insulated from one another and contactless, and the spaces between the individual tubes are filled with electrically non-conductive material. The process gas to be heated flows around the free outer surface of the tubes and through the inner flow channel. Individual tubes of the arrangement can have other media flowing through them that differ from the process gas. The media can be in any state of aggregation. The electrically non-conductive, preferably ceramic structure does not have to be present over the entire length of the heating element arrangement; the smallest possible number of structural elements over the length is advantageous, for example 5 structures per meter of length.

Der Durchmesser eines einzelnen inneren Strömungskanals sollte größer 2 mm sein. Die kontaktlos geschichtete Anordnung des Heizkörpers von mindestens drei, bevorzugt mehr als vier Rohren kann die Querschnittsfläche des ersten inneren Gehäuses fast vollständig ausfüllen. The diameter of a single inner flow channel should be greater than 2 mm. The contactless layered arrangement of the radiator, consisting of at least three, preferably more than four tubes, can almost completely fill the cross-sectional area of the first inner casing.

Sind Strömungskanäle nicht geradlinig ausgebildet, sondern beispielsweise in Form einer Helix geführt, kann durch die Windungen die Länge der inneren Strömungskanäle des mindestens einen Heizkörpers vergrößert werden, was vorteilhaft für die Wärmeübertragung auf das Prozess- gas ausgenutzt werden kann und es ermöglicht die Länge des Heizkörpers entsprechend zu reduzieren. If flow channels are not designed in a straight line, but for example in the form of a helix, the length of the inner flow channels of at least one heating element can be increased by the windings, which is advantageous for the heat transfer to the process gas can be utilized and it allows the length of the radiator to be reduced accordingly.

Ein Gehäuse kann aus Quarzglas, AI2O3, ZrÜ2 oder MgO oder einer chemischen Verbindung und/oder einer Mischung dieser Materialien gebildet sein. A housing can be made of quartz glass, Al2O3, ZrO2 or MgO or a chemical compound and/or a mixture of these materials.

Am Eintritt für das Prozessgas kann ein feuerfestes Verschlusselement zur Vermeidung einer Rückströmung von erwärmten Prozessgas angeordnet sein. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn Prozessgas, wie nachfolgend noch erläutert durch mehrere Gehäuse, die ineinander angeordnet sind und den mindestens einen Heizkörper umschließen, geführt wird. Dadurch lassen sich Energie- und insbesondere Wärmeverluste reduzieren und der Prozessgaseintritt erfolgt ausschließlich über den entsprechend dimensionierten Eintritt. A fireproof closure element can be arranged at the process gas inlet to prevent backflow of heated process gas. This is particularly advantageous when the process gas is guided through several housings, as explained below, which are arranged one inside the other and enclose at least one heating element. This reduces energy and, in particular, heat losses, and ensures that the process gas enters exclusively through the appropriately dimensioned inlet.

Das Gehäuse, in dem der Heizkörper angeordnet ist, kann von einem zweiten und/oder einem dritten Gehäuse umschlossen sein, so dass durch einen Spalt zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse und/oder durch einen Spalt zwischen dem zweiten Gehäuse und dem dritten Gehäuse zur Vorwärmung des Prozessgases im Gegenstrom oder Gleichstrom zur Prozessgasströmung Prozessgas strömt. The housing in which the heating element is arranged can be enclosed by a second and/or a third housing, so that process gas flows through a gap between the first housing and the second housing and/or through a gap between the second housing and the third housing in countercurrent or cocurrent to the process gas flow to preheat the process gas.

Ein zweites Gehäuse und/oder ein drittes Gehäuse kann an ihren in Richtung Heizkörper weisenden Oberflächen mit einer reflektierenden Oberflächenbeschichtung aus Titan-Nitrid, oder Aluminium-Chrom-Nitrid, cider Titan-Aluminium-Nitrid, oder einer anderen elektromagnetischen Strahlung im Wellenlängenbereich des infraroten Lichts reflektierenden Beschichtung, die nicht oder nur sehr geringfügig der induktiven Erwärmung dient, versehen sein. A second housing and/or a third housing can be provided on their surfaces facing the heating element with a reflective surface coating made of titanium nitride, or aluminum chromium nitride, or titanium aluminum nitride, or another coating reflecting electromagnetic radiation in the wavelength range of infrared light, which does not serve, or only serves to a very small extent, for inductive heating.

Dazu können ein zweites bzw. drittes Gehäuse aus mindestens zwei Teilen, beispielsweise Halbschalen zusammengesetzt werden, wodurch die Ausbildung einer reflektierenden Oberflächenbeschichtung an den inneren in Richtung Heizkörper weisenden Oberflächen erleichtert werden kann. Die Temperatur des aus dem Austritt austretenden Prozessgases kann durch eine Anpassung des Prozessgasvolumenstroms und/oder der elektrischen Leistung, mit der die mindestens eine elektrische Spule betrieben wird, geregelt werden. For this purpose, a second or third housing can be assembled from at least two parts, for example half shells, which can facilitate the formation of a reflective surface coating on the inner surfaces facing the radiator. The temperature of the process gas exiting the outlet can be controlled by adjusting the process gas volume flow and/or the electrical power with which the at least one electrical coil is operated.

Die Geometrie des mindestens einen Heizkörpers und/oder der Eintritt kann/können geometrisch und/oder durch zusätzliche eine Apparatur so ausgebildet sein, dass der Wärmeübergang zwischen dem mindestens einen Heizkörper und dem Prozessgas, insbesondere durch eine Verwirbelung der Prozessgasströmung, maximierbar ist. Dazu können Oberflächen am Heizkörper, die vom Prozessgas an- und/oder umströmt werden, mit Konturelementen versehen sein. The geometry of the at least one heating element and/or the inlet can be designed geometrically and/or by means of additional equipment in such a way that the heat transfer between the at least one heating element and the process gas can be maximized, in particular by swirling the process gas flow. For this purpose, surfaces on the heating element that are subject to and/or flowing around the process gas can be provided with contour elements.

Der Austritt kann geometrisch und/oder durch eine Apparatur so ausgebildet sein, dass die Strömung des aus der Vorrichtung austretenden heißen Prozessgases derart modifiziert wird, dass der Wärmeübergang auf einen etwaig im ausgetretenen Prozessgasstrom platzierten Feststoff und/oder eine Schmelze und/oder eine Flüssigkeit und/oder ein Gas und/oder Plasma maximiert ist. Dies kann durch eine Gestaltung mit mindestens einer düsenförmigen Austrittsöffnung erreicht werden. The outlet can be configured geometrically and/or by means of an apparatus such that the flow of the hot process gas exiting the device is modified in such a way that the heat transfer to any solid, melt, liquid, gas, and/or plasma located in the exiting process gas stream is maximized. This can be achieved by a design with at least one nozzle-shaped outlet opening.

Der Austritt kann geometrisch und/oder durch eine Apparatur so ausgebildet sein, dass die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Prozessgases und/oder die Geometrie des Prozessgasstromes, insbesondere mittels einer entsprechend geometrisch gestalteten Düse, modifizierbar ist. The outlet can be designed geometrically and/or by an apparatus in such a way that the average flow velocity of the process gas and/or the geometry of the process gas flow can be modified, in particular by means of a correspondingly geometrically designed nozzle.

Durch die Windungen der Rohre kann die Länge der inneren Strömungskanäle des mindestens einen Heizkörpers vergrößert werden, was vorteilhaft für die Wärmeübertragung auf das Prozessgas ausgenutzt werden kann. Due to the windings of the tubes, the length of the inner flow channels of at least one heater can be increased, which can be advantageously used for heat transfer to the process gas.

Ein Heizkörper kann in Form von mindestens einem Zylinder, der von mindestens drei, bevorzugt mehr als vier inneren Strömungskanälen durchzogen ist, ausgebildet sein. Die inneren Strömungskanäle können gerade oder um ihre Länge zu vergrößern, als Helix rotiert oder als Windung ausgebildet sein. A radiator can be designed in the form of at least one cylinder, which is traversed by at least three, preferably more than four, internal flow channels. The internal flow channels can straight or to increase their length, rotated as a helix or formed as a coil.

Der Durchmesser eines einzelnen inneren Strömungskanals sollte größer 2 mm sein. The diameter of a single internal flow channel should be greater than 2 mm.

Ein Heizkörper kann in Form von mindestens zwei zusammengesetzten Scheiben die von mindestens drei, bevorzugt mehr als vier mehreren Strömungskanälen durchzogen sind ausgebildet sein. Die Strömungskanäle können gerade oder angewinkelt zur Stirnfläche der Scheibe ausgebildet sein. Der Durchmesser eines einzelnen inneren Strömungskanals sollte größer 2 mm sein. A radiator can be designed in the form of at least two assembled discs traversed by at least three, preferably more than four, flow channels. The flow channels can be straight or angled to the front surface of the disc. The diameter of an individual inner flow channel should be greater than 2 mm.

Das Verhältnis der Fläche des Querschnitts der inneren Strömungskanäle des mindestens einen Heizkörpers zu der Fläche des Ringspalts, der zwischen der Mantelfläche des mindestens einen Heizkörpers und der Innenwand des ersten Gehäuses vorhanden ist, sollte zwischen 1:2 und 4:1 liegen. The ratio of the area of the cross section of the inner flow channels of the at least one heating element to the area of the annular gap present between the outer surface of the at least one heating element and the inner wall of the first housing should be between 1:2 and 4:1.

Der mindestens eine Heizkörper und die Strömungskanäle sollten rohrförmig ausgebildet sein. Der oder die Körper könnten auch andere Geometrien ihrer inneren freien Querschnittsflächen und/oder ihrer Oberflächen aufweisen. Die Rohrform bietet aber strömungstechnisch und wegen der relativ großen Oberfläche, die zur Erwärmung des Prozessgases beitragen, Vorteile. At least one heating element and the flow channels should be tubular. The element(s) could also have other geometries of their internal free cross-sectional areas and/or their surfaces. However, the tubular shape offers advantages in terms of flow and due to the relatively large surface area, which contributes to heating the process gas.

Es besteht auch die Möglichkeit, die genannten Heizkörpergeometrien zusätzlich mit Konturelementen (Erhebungen, Vertiefungen) zur Vergrößerung der Gesamtoberfläche des mindestens einen Heizkörpers einzusetzen. Mit diesen kann außerdem eine sich vorteilhaft auswirkende Verwirbelung der Prozessgasströmung erreicht werden. It is also possible to use the aforementioned heater geometries with additional contour elements (elevations, depressions) to increase the total surface area of at least one heater. These can also achieve a beneficial turbulence in the process gas flow.

Als Prozessgas kann Luft, aber auch ein anderes Gas oder Gasgemisch eingesetzt werden, das vorteilhaft für den jeweiligen Erwärmungsprozess sein kann. Dies schließt insbesondere auch inerte Gase ein, die eine Beeinflussung der zu erwärmenden Elemente, Stoffe und Gegenstände vermeiden können. The process gas can be air, but also another gas or gas mixture that may be advantageous for the respective heating process. This includes, in particular, inert gases that do not influence the elements, materials, and objects to be heated. can avoid.

Bei der Erfindung kann die Temperatur des aus dem Austritt austretenden Prozessgases mit einer Anpassung des Prozessgasvolumenstroms und/oder der elektrischen Leistung, mit der die mindestens eine elektrische Spule betrieben wird, geregelt werden. Dazu kann die Temperatur des Prozessgases am Austritt bestimmt und damit ein Regelkreis aufgebaut werden. In the invention, the temperature of the process gas exiting the outlet can be controlled by adjusting the process gas volume flow and/or the electrical power used to operate the at least one electrical coil. For this purpose, the temperature of the process gas at the outlet can be determined, thus establishing a control loop.

Die übertragene Wärmemenge ergibt sich aus der vom Prozessgas umströmten Oberfläche des mindestens einen Heizköpers, der Oberfläche der inneren Strömungskanäle, der Anzahl und Länge des mindestens einen Heizkörpers und der inneren Strömungskanäle, sowie der Temperatur des mindestens einen Heizkörpers. Wesentlich für den Wirkungsgrad ist dabei der Wärmeübergang vom/von Heizkörper(n) an das vorbeiströmende Prozessgas. The amount of heat transferred is determined by the surface area of the at least one heating element around which the process gas flows, the surface area of the internal flow channels, the number and length of the at least one heating element and the internal flow channels, as well as the temperature of the at least one heating element. The heat transfer from the heating element(s) to the flowing process gas is crucial for efficiency.

Die Wärmeleistung der Vorrichtung kann über die eingebrachte elektrische Leistung, die Menge und den Druck des in die Vorrichtung einströmenden Prozessgases sowie der Vorlauftemperatur des in die Vorrichtung eintretenden Prozessgases gesteuert werden. Zusätzlich kann Prozessgas, wie bereits angesprochen, in oder vor der Vorrichtung vorerwärmt werden. Eine externe Vorwärmung des Prozessgases vor der Vorrichtung kann beispielsweise über eine widerstandbeheizte Vorrichtung vorgenommen werden. Es ist aber auch eine Rückführung von Prozessgas unter Nutzung der enthaltenen Wärme in die Vorrichtung möglich. Dazu kann das für eine Erwärmung bereits genutzte und etwas abgekühlte Prozessgas aus der Erwärmungszone nach dessen Nutzung angesaugt und in den Eintritt der Vorrichtung rückgeführt werden. The heat output of the device can be controlled via the electrical power supplied, the quantity and pressure of the process gas flowing into the device, and the flow temperature of the process gas entering the device. In addition, as already mentioned, process gas can be preheated in or upstream of the device. External preheating of the process gas upstream of the device can be achieved, for example, using a resistance-heated device. However, it is also possible to recirculate process gas into the device using the heat it contains. For this purpose, the slightly cooled process gas that has already been used for heating can be sucked in from the heating zone after use and returned to the inlet of the device.

Die Prozessgaszufuhr zur Vorrichtung kann mit einer Verdichteranlage für mehrere Vorrichtungen oder einem der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeordneten Verdichter, der bevorzugt steuer- oder regelbar ist, erreicht werden. Weiterhin kann bereits in der Prozessgaszufuhr ein für den Wärmeübergang von dem mindestens einen Heizkörper auf das Prozessgas besonders günstiger Strömungszustand eingestellt werden. Die Geometrie des mindestens einen Heizkörpers und/oder der Eintritt für das zu erwärmende Prozessgas in die Vorrichtung kann/können geometrisch und/oder durch eine Apparatur so ausgebildet sein, dass der Wärmeübergang zwischen dem mindestens einen Heizkörper und der Prozessgasströmung maximiert ist. Dies kann insbesondere durch eine Verwirbelung der Prozessgasströmung erreicht werden. Auch hierfür können Konturelemente, die den Weg des Prozessgases entlang einer zur Erwärmung dienenden Oberfläche des mindestens einen Heizkörpers verlängern und/oder zu Turbulenzen führen, genutzt werden. The process gas supply to the device can be achieved with a compressor system for multiple devices or with a compressor associated with the device according to the invention, which is preferably controllable or regulatable. Furthermore, a flow condition particularly favorable for heat transfer from the at least one heating element to the process gas can be set in the process gas supply. The geometry of the at least one heating element and/or the inlet for the process gas to be heated into the device can be designed geometrically and/or by means of an apparatus in such a way that the heat transfer between the at least one heating element and the process gas flow is maximized. This can be achieved, in particular, by turbulence in the process gas flow. Contour elements that extend the path of the process gas along a surface of the at least one heating element used for heating and/or lead to turbulence can also be used for this purpose.

An der Vorrichtung kann ein zusätzliches Gehäuse vorhanden sein, dass mit einem feuerfesten Material gebildet ist, und die elektrische(n) Spule(n) außen umschließt. Dieses zusätzliche Gehäuse kann als Schutz gegen die hohen Temperaturen dienen. The device may include an additional housing made of a fireproof material that externally encloses the electrical coil(s). This additional housing can serve as protection against the high temperatures.

Auch der Austritt des Prozessgases aus der Vorrichtung kann für etwaige Anwendungszwecke optimiert werden. So kann der Austritt geometrisch und/oder durch eine bewegliche Apparatur so ausgebildet sein, dass die Strömung des Prozessgases derart modifiziert wird, dass der Wärmeübergang auf einen etwaig im ausgetretenen Prozessgasstrom platzierten Feststoff und/oder eine Schmelze und/oder eine Flüssigkeit und/oder ein Gas und/oder Plasma maximiert werden kann. The process gas outlet from the device can also be optimized for specific applications. The outlet can be designed geometrically and/or by a movable device to modify the flow of the process gas in such a way that the heat transfer to any solid, melt, liquid, gas, and/or plasma present in the exiting process gas stream can be maximized.

Außerdem kann der Austritt für heißes Prozessgas durch eine entsprechende geometrische Auslegung oder Apparatur so beschaffen sein, dass die Geschwindigkeit und/oder Form des Prozessgasstromes bzw. der Prozessgasfackel modifiziert werden. Dies kann beispielsweise mittels mindestens einer entsprechend geometrisch gestalteten Düse erreicht werden, die den Querschnitt, die Strömungsgeschwindigkeit und/oder die Richtung des aus der Vorrichtung austretenden heißen Prozessgasstromes entsprechend beeinflussen kann. Furthermore, the outlet for the hot process gas can be configured with an appropriate geometric design or device to modify the velocity and/or shape of the process gas flow or the process gas flare. This can be achieved, for example, by means of at least one appropriately geometrically designed nozzle that can influence the cross-section, flow velocity, and/or direction of the hot process gas flow exiting the device.

Die Auswahl der mindestens einen elektrischen Spule (Ausbildung, elektrische Leitfähigkeit und Anzahl der Windungen) sowie die Frequenz der elektrischen Spannung, mit der sie betrieben wird, können unter Berücksichtigung der Geometrie und des Werkstoffs des/der Heizkörper(s) optimiert werden. Für die optimale Frequenz zur Erwärmung des mindestens einen Heizkörpers mit einer zylindrischen Geometire kann ein Verhältnis von drei bis fünf des Gesamtdurchmesser des Heizkörpers zur Stromeindringtiefe ö angenommen werden (d/ö = 3-5). Für die Wahl der Frequenz ergibt sich folgende Forderung für das Verhältnis zwischen dem einzelnen Heizkörperdurchmesser d und der Stromeindringtiefe [nach Benkowsky 1990]:

Figure imgf000017_0001
The selection of at least one electrical coil (design, electrical conductivity and number of turns) as well as the frequency of the electrical voltage with which it is operated can be optimized taking into account the geometry and material of the radiator(s). For the optimal frequency for heating at least one radiator with a cylindrical geometry, a ratio of three to five of the total diameter of the radiator to the current penetration depth δ can be assumed (d/δ = 3-5). The following requirement for the ratio between the individual radiator diameter d and the current penetration depth [according to Benkowsky 1990] results in the frequency selection:
Figure imgf000017_0001

Die Frequenz und die elektromagnetischen Eigenschaften des Werkstoffs des/der Heizkörper(s) gehen in die Formel der Stromeindringtiefe [nach Fasholz 1984 und Benkowsky 1990] wie folgt ein: The frequency and the electromagnetic properties of the material of the radiator(s) are included in the formula for the current penetration depth [according to Fasholz 1984 and Benkowsky 1990] as follows:

1 p x 107 1 px 10 7

Ö = — X p - - 503 Ö = — X p - - 503

2 IT |ir x f

Figure imgf000017_0002
ö [mm] = Stromeindringtiefe 2 IT |i r xf
Figure imgf000017_0002
ö [mm] = current penetration depth

P = spezifischer elektrischer Widerstand

Figure imgf000017_0003
pr= relative Permeabilität f [Hz] = Frequenz P = specific electrical resistance
Figure imgf000017_0003
p r = relative permeability f [Hz] = frequency

Mit der obenstehenden Formel wird die Stromeindringtiefe beschrieben. Diese Zahl zeigt die Dicke an, bis zu der 86 % der induzierten Energie in Wärme umgesetzt werden. Die restlichen 14 % werden von tiefer liegenden Schichten absorbiert. Aufgrund dieser Tatsache gibt es für die induktive Erwärmung ein optimiertes Verhältnis zwischen dem Gesamtdurchmesser des Heizkörpers und der Stromeindringtiefe. Neben der Höhe der Frequenz gehen in diese Formel die temperaturabhängigen Werkstoffkenn werte des zu erwärmenden Körpers in Form des spezifischen elektrischen Widerstandes und der relativen Permeabilität ein. The above formula describes the current penetration depth. This number indicates the thickness up to which 86% of the induced energy is converted into heat. The remaining 14% is absorbed by deeper layers. Due to this fact, there is an optimized relationship between the total diameter of the heating element and the current penetration depth for inductive heating. In addition to the frequency, this formula also takes into account the temperature-dependent material properties of the body to be heated, such as the specific electrical resistance and relative permeability.

Die Leistungsgrenzen können gegenüber anderen elektrischen Heizungssystemen mit der Erfindung in den Einsatzbereich für Anwendungen bei Temperaturen von über 1000 °C und Leistungen im MW-Bereich erweitert werden. Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden. Compared to other electrical heating systems, the performance limits of the invention can be extended to applications at temperatures above 1000 °C and power outputs in the MW range. The invention will be explained in more detail below by way of example.

Dabei zeigen: Showing:

Figur 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer nichtlinearen elektrischen Spule und einem zylindrischen Heizkörper mit einer Oberflächenstruktur Figure 1 shows an example of a device according to the invention with a non-linear electrical coil and a cylindrical heating element with a surface structure

Figur 2 ein zweites Beispiel mit zwei unterschiedlichen elektrischen Spulen und einem zylindrischen Heizkörper und einer Möglichkeit zur Vorwärmung von Prozessgas Figure 2 a second example with two different electrical coils and a cylindrical heater and a possibility for preheating process gas

Figur 3 ein Beispiel für einen Heizkörper aus einem Rohrbündel Figure 3 an example of a radiator made of a tube bundle

Figur 4 ein Beispiel für einen Heizkörper aus einem verdrehten Rohrbündel Figure 4 an example of a radiator made of a twisted tube bundle

Figur 5 ein Beispiel für einen Heizkörper aus einem Zylinder mit innen liegenden Strömungskanälen Figure 5 an example of a radiator made of a cylinder with internal flow channels

Figur 6 ein Beispiel für einen Heizkörper aus einem Zylinder mit innen liegenden Strömungskanälen, die rotiert sind. Figure 6 shows an example of a radiator consisting of a cylinder with internal flow channels that are rotated.

Figur 7 ein Beispiel für einen Heizkörper aus mehreren zusammengesetzten Scheiben mit innenliegenden Strömungskanälen Figure 7 shows an example of a radiator made up of several assembled discs with internal flow channels

Figur 8 ein Beispiel für eine nicht linear gewickelte elektrische Spule Figure 8 an example of a non-linear wound electrical coil

Figur 9 ein Beispiel für zwei elektrische Spulen mit unterschiedlicher Leistung Figure 9 an example of two electrical coils with different power

Figur 10 ein Beispiel für eine Heizkörpervariante aus einer kontaktlos geschichteten Anordnung von Rohren in einem Vierkantprofil als Gehäuse Figure 10 shows an example of a radiator variant consisting of a contactless layered arrangement of tubes in a square profile as a housing

Figur 11 ein Beispiel für eine Heizkörpervariante aus einer kontaktlos geschichteten Anordnung von Rohren in einem Rundrohr als Gehäuse Bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel strömt Prozessgas in einen Eintritt 5 ausgehend von einem nicht dargestellten Verdichter der Vorrichtung. An der Mantelfläche mit einer beispielhaft schneckenförmigen Struktur und durch die innenliegenden Strömungskanäle des mindestens einen Heizkörpers 1 strömt das Prozessgas durch ein Gehäuse 2 aus feuerfestem Material, in Richtung Austritt 6 der Vorrichtung, wo es unter einer Nutzung der hohen Temperatur des Heizkörpers 1 zu einer späteren weiteren Erwärmung im Anschluss an den Austritt 6 genutzt werden kann. Eine Struktur an den vom Prozessgas überströmten Oberflächen kann für die Wärmeübertragung gegenüber einer glatten Oberfläche vorteilhaft sein. Figure 11 shows an example of a radiator variant consisting of a contactless layered arrangement of tubes in a round tube as a housing In the example shown in Figure 1, process gas flows into an inlet 5 from a compressor (not shown) of the device. Along the outer surface, which has an exemplary spiral-shaped structure, and through the internal flow channels of the at least one heating element 1, the process gas flows through a housing 2 made of refractory material towards the outlet 6 of the device, where it can be used for subsequent further heating downstream of the outlet 6, utilizing the high temperature of the heating element 1. A structure on the surfaces over which the process gas flows can be advantageous for heat transfer compared to a smooth surface.

Das Gehäuse 2 besteht aus Keramik, z.B. AI2O3 oder ZrÜ2 und ist von mindestens einer elektrischen Spule 3 umschlossen, so dass durch elektrische Induktion der in seinem Inneren angeordnete mindestens eine Heizkörper 1 erwärmt werden kann. In diesem Fall ist die elektrische Spule 3 nichtlinear ausgebildet, um über ihre Länge eine unterschiedlich große Menge Energie in den mindestens einen Heizkörper 1 einzubringen. Im Bereich der Eintrittsseite des mindestens einen Heizkörpers 1 wird mehr Energie induktiv eingebracht als im Bereich der Austrittsseite. Der Heizkörper 1 weist an seinen Oberflächen, die mit dem Prozessgas in Kontakt gebracht werden, eine vor der Anwendung ausgebildete beständige, passivierende Oxidschicht auf und ist in diesem Fall beispielhaft aus einer Nickelbasislegierung oder aus Zirconium oder einer Zirco- niumlegierung oder einer Legierung mit einem Refraktärmetall als Basiselement - insbesondere ein Tantal-, Wolfram-, Niob-, oder Molybdänbasislegierung - gebildet. In einer Basislegierung sind die genannten Metalle mit mindestens 50 Masse-% enthalten. Diese Werkstoffe können auch bei den im Folgenden noch zu beschreibenden Beispielen eingesetzt werden. Bei einer nichtlinearen elektrischen Spule verändert sich die Anzahl der Windungen der elektrischen Spule 3 entlang ihrer Länge. Bei der Erfindung ist die Anzahl der Windungen der elektrischen Spule 3 im Bereich des Heizkörpers 1, der dem Eintritt 5 für das Prozessgas am nächsten liegend angeordnet ist, größer als in Bereichen der elektrischen Spule 3, die weiter nachfolgend in Richtung Austritt 6 angeordnet sind. Die mindestens eine elektrische Spule 3 ist an eine nicht gezeigte elektrische Spannungsquelle angeschlossen, deren Leistung und Frequenz man steuern bzw. auch regeln kann, was bevorzugt in Abhängigkeit der gewünschten Endtemperatur des Prozessgases nach dem Austritt 6 erfolgen sollte. Die Frequenz der elektrischen Spannung sollte auf die Geometrie und den Werkstoff des Heizkörpers 1 abgestimmt sein. The housing 2 is made of ceramic, e.g. Al2O3 or ZrO2, and is enclosed by at least one electrical coil 3, so that the at least one heating element 1 arranged inside it can be heated by electrical induction. In this case, the electrical coil 3 is designed to be non-linear in order to introduce a different amount of energy into the at least one heating element 1 over its length. More energy is introduced inductively in the area of the inlet side of the at least one heating element 1 than in the area of the outlet side. The heating element 1 has a resistant, passivating oxide layer formed before use on its surfaces that come into contact with the process gas and is, in this case, formed, for example, from a nickel-based alloy or from zirconium or a zirconium alloy or an alloy with a refractory metal as the base element - in particular a tantalum-, tungsten-, niobium-, or molybdenum-based alloy. In a base alloy, the aforementioned metals are contained in a proportion of at least 50% by mass. These materials can also be used in the examples described below. In a nonlinear electrical coil, the number of turns of the electrical coil 3 varies along its length. In the invention, the number of turns of the electrical coil 3 is greater in the region of the heater 1 closest to the inlet 5 for the process gas than in regions of the electrical coil 3 further downstream toward the outlet 6. The at least one electrical coil 3 is connected to an electrical voltage source (not shown), whose power and frequency can be controlled or regulated, which should preferably be done depending on the desired final temperature of the process gas after the outlet 6. The frequency of the electrical voltage should be matched to the geometry and material of the heater 1.

Am Eintritt 5 ist ein feuerfestes Verschlusselement 4 zur Vermeidung einer Rückströmung von erwärmtem Prozessgas angeordnet. A fireproof closure element 4 is arranged at the inlet 5 to prevent backflow of heated process gas.

Das in Figur 2 dargestellte Beispiel zeigt eine Vorrichtung, die eine Vorwärmung des Prozessgases bei gleichzeitiger, zusätzlicher Wärmeisolation ermöglicht. In diesem Beispiel werden zwei elektrische Spulen mit unterschiedlicher Wicklungsdichte und unterschiedlicher Leistung verwendet. Die erste elektrische Spule 3a, die nah am Eintritt 5 angeordnet ist, hat ein größere Wicklungsdichte und wird mit einer höheren elektrischen Leistung betrieben als eine zweite elektrische Spule 3b oder eine weitere elektrische Spule, die näher in Richtung Austritt 6 angeordnet sind. The example shown in Figure 2 shows a device that enables preheating of the process gas while simultaneously providing additional thermal insulation. In this example, two electrical coils with different winding densities and different power ratings are used. The first electrical coil 3a, located close to the inlet 5, has a higher winding density and is operated with a higher electrical power rating than a second electrical coil 3b or another electrical coil located closer toward the outlet 6.

Nach Passieren des Eintritts 5 strömt das Prozessgas zur Vorwärmung und Isolation von den elektrischen Spulen 3a und 3b zunächst im Spalt zwischen dem zweiten Gehäuse 7 und dem dritten Gehäuse 8, daraufhin in Gegenrichtung im Spalt zwischen dem zweiten Gehäuse 7 und dem ersten Gehäuse 2. Aus ebengenanntem Spalt strömt das Prozessgas nun in den Raum zwischen der Oberfläche des Heizkörpers 1, der im Beispiel ein zylindrischer Körper ist, und dem ersten Gehäuse 2, sowie durch die inneren Strömungskanäle des Heizkörpers 1. An diesen Oberflächen findet die Erwärmung auf die gewünschte Prozesstemperatur des Prozessgases statt. Durch den Zwischenraum und die Strömungskanäle 11 gelangt das Prozessgas zum Austritt 6. In diesem Beispiel sind die elektrischen Spulen 3a und 3b von einem keramischen Gehäuse 9 umschlossen. Ein solches Gehäuse 9 kann prinzipiell bei der Erfindung und somit auch bei den anderen Beispielen vorhanden sein. After passing through the inlet 5, the process gas flows for preheating and insulating the electrical coils 3a and 3b, first in the gap between the second housing 7 and the third housing 8, then in the opposite direction in the gap between the second housing 7 and the first housing 2. From the aforementioned gap, the process gas now flows into the space between the surface of the heating element 1, which in the example is a cylindrical body, and the first housing 2, as well as through the internal flow channels of the heating element 1. Heating to the desired process temperature of the process gas takes place at these surfaces. The process gas reaches the outlet 6 through the intermediate space and the flow channels 11. In this example, the electrical coils 3a and 3b are enclosed by a ceramic housing 9. Such a housing 9 can in principle be present in the invention and thus also in the other examples.

In die bereits gezeigten Vorrichtungen können zur Erwärmung eines Prozessgases unterschiedliche Typen von induktiv erwärmten Heizkörpern 1 einge- setzt werden. Das in Figur 3 gezeigte Beispiel weist einen beispielhaften Heizkörper 1 auf. Mehrere gerade Rohre als Strömungskanäle 11 werden als Bündel zusammengefasst und können mittels elektrischer Induktion erwärmt werden. Prozessgas strömt über die Mantelfläche 10 des Bündels, das den Heizkörper 1 bildet, und durch die inneren Strömungskanäle 11. Different types of inductively heated heaters 1 can be incorporated into the devices already shown for heating a process gas. The example shown in Figure 3 has an exemplary heater 1. Several straight tubes as flow channels 11 are combined in a bundle and can be heated by electrical induction. Process gas flows over the outer surface 10 of the bundle, which forms the heater 1, and through the inner flow channels 11.

Ein weiteres Beispiel ist der in Figur 4 gezeigte Heizkörper 1. Bei dem Heizkörper 1 sind mehrere Rohre als Strömungskanäle 11 gebündelt und zusätzlich als Helix rotiert. An der Mantelfläche 10 des Bündels und durch die Rohre strömt das Prozessgas zu seiner Erwärmung entlang. Durch den verlängerten Weg der inneren Strömungskanäle 11 und durch die von den Windungen erzeugten Turbulenzen kann ein besserer Wärmeübergang vom Heizkörper 1 auf das Prozessgas erreicht werden. Another example is the heater 1 shown in Figure 4. In the heater 1, several tubes are bundled as flow channels 11 and additionally rotated in a helix. The process gas flows along the outer surface 10 of the bundle and through the tubes to be heated. The extended path of the inner flow channels 11 and the turbulence generated by the windings enable improved heat transfer from the heater 1 to the process gas.

Das in Figur 5 gezeigte Beispiel weist einen als Zylinder ausgebildeten Heizkörper 1 auf. Der Zylinder ist von mehreren innenliegenden geradlinig verlaufenden Strömungskanälen 11 durchzogen. Neben der Mantelfläche 10 stellen auch die innen liegenden Oberflächen der Strömungskanäle 11 eine Oberfläche dar an der sich das Prozessgas erwärmt. Im Vergleich zu den ersten beiden Heizkörperbeispielen besteht der Heizkörper 1 in Figur 5 nur aus einem Körper was für die Wärmeleitung im Heizkörper 1 vorteilhaft ist. The example shown in Figure 5 has a heater 1 configured as a cylinder. The cylinder is traversed by several internal, linear flow channels 11. In addition to the outer surface 10, the internal surfaces of the flow channels 11 also represent a surface on which the process gas is heated. Compared to the first two heater examples, the heater 1 in Figure 5 consists of only one body, which is advantageous for heat conduction within the heater 1.

Das Beispiel gemäß Figur 6 stellt ebenfalls einen zylindrischen Heizkörper 1 dar dessen Mantelfläche 10 vom Prozessgas umströmt wird. Die innenliegenden Strömungskanäle 11 sind in diesem Beispiel als Helix rotiert oder in Windungen ausgebildet. Durch den verlängerten Strömungsweg und durch die von den Windungen erzeugten Turbulenzen kann ein besserer Wärmeübergang vom Heizkörper 1 auf das Prozessgas erreicht werden. Diese Form von Heizkörpern 1 kann beispielsweise durch Gießen oder additive Fertigung hergestellt werden. The example shown in Figure 6 also represents a cylindrical heater 1, around whose outer surface 10 the process gas flows. In this example, the internal flow channels 11 are configured as a helix or coils. The extended flow path and the turbulence generated by the coils allow for improved heat transfer from the heater 1 to the process gas. This type of heater 1 can be manufactured, for example, by casting or additive manufacturing.

Ein weiteres Beispiel für einen zylindrischen Heizkörper 1 stellen in Figur 7 mehrere zusammengesetzte Scheiben dar, die von geraden oder angewinkelten Bohrungen als Strömungskanäle durchzogen sind. Die zusammengesetz- ten Scheiben, mit den für die Wärmeübertragung genutzten inneren Strömungskanälen 11 und der Mantelfläche 10, bilden einen Zylinder der durch Hinzufügen weiterer Scheiben in seiner Gesamtlänge beliebig verlängert werden kann. Another example of a cylindrical radiator 1 is shown in Figure 7 in the form of several assembled discs, which are traversed by straight or angled holes as flow channels. ten discs, with the inner flow channels 11 used for heat transfer and the shell surface 10, form a cylinder which can be extended as desired in its total length by adding further discs.

Ein Beispiel für eine nichtlinear gewickelte elektrische Spule 3 ist in Figur 8 dargestellt. Die elektrische Spule 3 hat im Bereich am Eintritt 5 eine größere Wicklungsdichte (Anzahl der Windungen je Länge der elektrischen Spule) als im Bereich des Austritts 6. Durch die Stauchung und Streckung der Wicklungen der elektrischen Spule 3 kann die Menge der induzierten Energie gesteuert werden. Die Anzahl der Windungen je Länge ist im Bereich des Eintritts 5 ausgehend von diesem größer als in Richtung Austritt 6. Hierdurch ist eine stärkere Erwärmung des mindestens einen Heizkörpers 1, der sich im inneren des Gehäuses 2 befindet in den Bereichen möglich, wo die Kühlwirkung des sich erwärmenden Prozessgases größer ist, erreichbar. An example of a non-linearly wound electrical coil 3 is shown in Figure 8. The electrical coil 3 has a greater winding density (number of turns per length of the electrical coil) in the area at the inlet 5 than in the area at the outlet 6. By compressing and stretching the windings of the electrical coil 3, the amount of induced energy can be controlled. The number of turns per length is greater in the area of the inlet 5 than in the direction of the outlet 6. This makes it possible to heat the at least one heating element 1, which is located inside the housing 2, more strongly in the areas where the cooling effect of the heating process gas is greater.

Ein weiteres Beispiel für eine mögliche Spulenanordnung zur homogenen Erwärmung des mindestens einen Heizkörpers 1 ist in Figur 9 als Kombination aus zwei elektrischen Spulen 3a und 3b dargestellt. Bei diesem Beispiel wird in die erste elektrische Spule 3a eine höhere Leistung eingebracht als in die zweite elektrische Spule 3b. Hierdurch wird der mindestens eine Heizkörper 1, der in dem Gehäuse 2 angeordnet ist, trotz der unterschiedlich hohen Kühlwirkung des Prozessgases, das vom Eintritt 5 zum Austritt 6 strömt, homogen erwärmt. Another example of a possible coil arrangement for homogeneous heating of the at least one heating element 1 is shown in Figure 9 as a combination of two electrical coils 3a and 3b. In this example, a higher power is introduced into the first electrical coil 3a than into the second electrical coil 3b. As a result, the at least one heating element 1, which is arranged in the housing 2, is heated homogeneously despite the varying cooling effect of the process gas flowing from the inlet 5 to the outlet 6.

Das in Figur 10 gezeigte Beispiel für mehrere Heizkörper 1 in einem Gehäuse 2 ist als kontaktlos geschichtete Anordnung von geraden Rohren ausgebildet. Bei den Heizkörpern 1 sind mehrere Rohre mit jeweils einem Strömungskanal 11 und einer Mantelfläche 10 kontaktlos zueinander geschichtet und definiert durch eine elektrisch nichtleitende Struktur 12 voneinander getrennt angeordnet. Das Prozessgas strömt zu seiner Erwärmung durch die Strömungskanäle 11 hindurch und an der Mantelfläche 10, ohne Kontakt mit Kontaktstellen der Struktur 12 zur definierten Anordnung, entlang. Für eine optimierte Ausnutzung des Querschnitts kann ein abgerundetes Vierkantrohr als umgebendes Gehäuse 2 verwendet werden. Die Struktur 12 dient der elektrischen Isolierung sowie der definierten Anordnung der einzelnen Rohre und ist in dem gezeigten Beispiel als eine rasterförmige Struktur aus senkrecht zueinander stehenden verbundenen Isolationselementen, der elektrisch nichtleitenden Struktur dargestellt. The example shown in Figure 10 for several heating elements 1 in a housing 2 is designed as a contactless layered arrangement of straight tubes. In the heating elements 1, several tubes, each with a flow channel 11 and a jacket surface 10, are layered contactlessly to one another and arranged in a defined manner separated from one another by an electrically non-conductive structure 12. The process gas flows through the flow channels 11 for heating and along the jacket surface 10 without contact with contact points of the structure 12 for the defined arrangement. For optimized utilization of the cross-section, a rounded square tube can be used as the surrounding housing 2. The structure 12 serves for electrical insulation as well as the defined arrangement of the individual tubes and is In the example shown, the electrically non-conductive structure is represented as a grid-like structure made up of insulation elements connected perpendicular to one another.

Ein weiteres Beispiel ist die in Figur 11 gezeigte Heizkörperanordnung. Dabei sind mehrere Heizkörper 1 als gerade Rohre kontaktlos zueinander durch eine elektrisch nichtleitende Struktur 12 in einem rohrförmigen Gehäuse 2 geschichtet angeordnet. Das Prozessgas strömt zu seiner Erwärmung durch die Strömungskanäle 11 hindurch und an der Mantelfläche 10, ohne Kontakt mit der elektrisch nichtleitenden Struktur 12 entlang. Die Struktur 12 zur definierten Anordnung der Heizkörper 1 im Gehäuse 2 ist in dem gezeigten Beispiel eine gleichmäßige Stapelung von Elementen mit hexagonalem Querschnitt, es sind jedoch auch andere Anordnungen mit Polygonen in verschiedenen Gehäusegeometrien möglich. In nichtdargestellter Form können auch die Strömungskanäle 11 polygonale Querschnitte aufweisen. Another example is the heating element arrangement shown in Figure 11. In this arrangement, several heating elements 1 are arranged as straight tubes in a tubular housing 2, layered in contact with one another by an electrically non-conductive structure 12. The process gas flows through the flow channels 11 to be heated and along the casing surface 10 without contact with the electrically non-conductive structure 12. In the example shown, the structure 12 for the defined arrangement of the heating elements 1 in the housing 2 is a uniform stacking of elements with a hexagonal cross-section; however, other arrangements with polygons in various housing geometries are also possible. In a form not shown, the flow channels 11 can also have polygonal cross-sections.

So wurde bei Versuchen, bei einer effektiven Leistung von ca. 9 kW, die für die induktive Erwärmung genutzt wurde, eine Erwärmung eines nicht vorgewärmten Prozessgases auf eine Temperatur von über 1100 °C erreicht. In tests, with an effective power of approximately 9 kW used for inductive heating, a heating of a non-preheated process gas to a temperature of over 1100 °C was achieved.

In den Figuren sind jeweils gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen be- und gekennzeichnet. In the figures, identical elements are identified and labeled with the same reference symbols.

Claims

Patentansprüche Patent claims 1. Vorrichtung zur Ausbildung eines heißen Prozessgasstromes zum Schmelzen und Warmhalten von Metallen, auch Glas, das Beheizen von Wärmebehandlungsöfen sowie das thermische Behandeln von jeglichem Material, auch das von Schüttgütern, bei der ein Prozessgas mit Temperaturen von mindestens 1000 °C durch ein aus einem feuerfesten Material bestehendes Gehäuse (2) mit vorgebbarem Volumenstrom von einem Eintritt (5) zu einem Austritt (6) strömt und im Inneren des Gehäuses (2) mindestens ein Heizkörper (1), der mit einem mittels elektrischer Induktion erwärmbaren Werkstoff gebildet ist und an dem mindestens ein Strömungskanal (11) vorhanden ist, der vom Prozessgas durch- oder umströmt wird, angeordnet ist und das innen hohle Gehäuse (2) von mindestens einer nichtlinear gewickelten elektrischen Spule (3), bei der ausgehend vom Eintritt (5) in Richtung Austritt (6) die Anzahl der Windungen über die Länge der elektrischen Spule (3) verringert ist, umschlossen ist, und die mindestens eine elektrische Spule (3) an eine elektrische Spannungsquelle, mit der Wechselspannung oder eine gepulste Gleichspannung an die elektrische Spule (3) angelegt wird, angeschlossen ist, und/oder an der Außenseite des Gehäuses (2) in Strömungsrichtung des Prozessgases mindestens zwei elektrische Spulen (3a, 3b) nacheinander angeordnet und jeweils an eine elektrische Spannungsquelle, mit der Wechselspannung oder eine gepulste Gleichspannung an die elektrische Spule (3a, 3b) angelegt wird, wobei die erste elektrische Spule (3a), die im Bereich des Eintritts (5) angeordnet ist, mit einer größeren elektrischen Leistung betrieben ist, als in Strömungsrichtung des Prozessgases nachfolgend an die erste elektrische Spule (3a) angeordnete mindestens eine weitere elektrische Spule (3b); wobei die Anzahl der Windungen einer elektrischen Spule (3) so gewählt ist, dass im ersten Drittel der Länge des mindestens einen Heizkörpers ausgehend vom Eintritt (5) für das Prozessgas mindestens 25 % mehr Leistung in den Heizkörper induktiv einkoppelbar ist, als im Bereich des Austritts (6) für das Prozessgas oder bei einem Einsatz von mindestens einer ersten elektrischen Spule (3a) und einer weiteren elektrischen Spule (3b), die in Strömungsrichtung des Prozessgases nachfolgend an die erste elektrische Spule (3a) angeordnet ist, mittels der ersten elektrische Spule (3a) im Bereich des Eintritts (5) mindestens 25 % mehr Leistung in den Heizkörper (1) einkoppelbar ist, als im Bereich des Austritts (6). 1. Device for forming a hot process gas stream for melting and keeping metals, including glass, heating heat treatment furnaces and thermally treating any material, including bulk materials, in which a process gas with temperatures of at least 1000 °C flows through a housing (2) made of a refractory material with a predeterminable volume flow from an inlet (5) to an outlet (6), and in the interior of the housing (2) at least one heating element (1) is arranged, which is formed from a material that can be heated by means of electrical induction and on which at least one flow channel (11) is present, through which the process gas flows or around, and the internally hollow housing (2) is enclosed by at least one non-linearly wound electrical coil (3), in which the number of turns over the length of the electrical coil (3) is reduced starting from the inlet (5) towards the outlet (6), and the at least one electrical coil (3) is connected to an electrical voltage source with the alternating voltage or a pulsed direct voltage is applied to the electrical coil (3), and/or at least two electrical coils (3a, 3b) are arranged one after the other on the outside of the housing (2) in the flow direction of the process gas and are each connected to an electrical voltage source with which alternating voltage or a pulsed direct voltage is applied to the electrical coil (3a, 3b), wherein the first electrical coil (3a), which is arranged in the region of the inlet (5), is operated with a greater electrical power than at least one further electrical coil (3b) arranged downstream of the first electrical coil (3a) in the flow direction of the process gas; wherein the number of turns of an electrical coil (3) is selected such that in the first third of the length of the at least one heating element, starting from the inlet (5) for the process gas, at least 25% more power can be inductively coupled into the heating element than in the region of the outlet (6) for the process gas, or when using at least one first electrical coil (3a) and a further electrical coil (3b) which is arranged downstream of the first electrical coil (3a) in the flow direction of the process gas, at least 25% more power can be coupled into the heating element (1) in the region of the inlet (5) by means of the first electrical coil (3a) than in the region of the outlet (6). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an Oberflächen des Heizkörpers (1), die mit Prozessgas in Kontakt stehen eine passivierende Oxidschicht ausgebildet ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that a passivating oxide layer is formed on surfaces of the heating element (1) which are in contact with process gas. 3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas zu seiner Erwärmung an der Innenwand des Gehäuses (2) und der äußeren Mantelfläche (10) des Heizkörpers (1) entlang und/oder durch mindestens einen Strömungskanal (11) des mindestens einen Heizkörpers (1) hindurch strömt. 3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the process gas flows along the inner wall of the housing (2) and the outer surface (10) of the heating element (1) and/or through at least one flow channel (11) of the at least one heating element (1) for its heating. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anzahl der Windungen der mindestens einen elektrische Spule (3) über die Länge der mindestens einen elektrischen Spule (3) in Strömungsrichtung des Prozessgases kontinuierlich verkleinert. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the number of turns of the at least one electrical coil (3) decreases continuously over the length of the at least one electrical coil (3) in the flow direction of the process gas. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine gesteuerte induktive Erwärmung des Heizkörpers (1) erreichbar ist, und das Prozessgas, durch mindestens zwei elektrische Spulen (3a, 3b) mit unterschiedlicher Anzahl an Windungen über ihre Länge, wobei die im Bereich des Eintritts (5) angeordnete erste elektrische Spule (3a) eine größere Anzahl an Windungen aufweist, als eine elektrische Spule (3b), die nachfolgend oder im Bereich des Austritts (6) angeordnet ist, erwärmbar ist und dabei nah bei dem Eintritt (5) für das Prozessgas mindestens 20 % mehr Windungen je Länge der elektrischen Spule vorhanden sind, als die Anzahl der Windungen im Bereich des Austritts (6) und dem Austritt nahen Bereichen. 5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a controlled inductive heating of the heating element (1) is achievable, and the process gas, through at least two electrical coils (3a, 3b) with different numbers of turns over their length, wherein the first electrical coil (3a) arranged in the region of the inlet (5) has a greater number of turns than an electrical coil (3b) arranged subsequently or in the region of the outlet (6) is arranged, is heatable and there are at least 20% more turns per length of the electrical coil near the inlet (5) for the process gas than the number of turns in the area of the outlet (6) and areas close to the outlet. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Heizkörper (1) aus einer Nickelbasislegierung, Zirconium und/oder seinen Legierungen und/oder einer Refraktärmetall Basislegierung - insbesondere einer Tantal-, Wolfram-, Niob-, oder Molybdänbasislegierung besteht. 6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heating element (1) consists of a nickel-based alloy, zirconium and/or its alloys and/or a refractory metal-based alloy - in particular a tantalum-, tungsten-, niobium- or molybdenum-based alloy. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff aus dem der mindestens eine Heizkörper (1) gebildet ist, ein Carbid, das mit einem Übergangsmetall der Gruppe 4, 5 und 6 des Periodensystems der Elemente und/oder ein Nitrid mit einem Übergangsmetall der Gruppe 4 und/oder ein Silicid mit einem Übergangsmetall aus der Gruppe 4, 5 und 6, insbesondere einer intermetallischen Verbindung von Molybdän und Silizium und/oder Molybdän, Silizium und Wolfram und/oder weiteren Zusätzen und/oder einer Verbindungen von Silicium und Kohlenstoff und/oder weiteren Zusätzen ist. 7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the material from which the at least one heating element (1) is formed is a carbide with a transition metal from group 4, 5 and 6 of the periodic table of elements and/or a nitride with a transition metal from group 4 and/or a silicide with a transition metal from group 4, 5 and 6, in particular an intermetallic compound of molybdenum and silicon and/or molybdenum, silicon and tungsten and/or further additives and/or a compound of silicon and carbon and/or further additives. 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Heizkörper (1) als Bündel mit mindestens drei, bevorzugt mehr als vier Strömungskanälen (11) oder als Verbundkörper im Inneren des Gehäuses (2) angeordnet ist/sind oder der mindestens eine Heizkörper (1) in Form eines geraden Rohrbündels mit mindestens drei, bevorzugt mehr als vier Strömungskanälen (11), bei dem die einzelnen Strömungskanäle (11) elektrisch voneinander isoliert sind sowie die Zwischenräume der einzelnen Strömungskanäle (11) zueinander elektrisch nichtleitend gefüllt sind und bei dem das zu erwärmende Prozessgas um die Mantelfläche des Bündels und durch die inneren Strömungskanäle (11) strömt, ausgebildet ist oder der Heizkörper (1) in Form eines Bündels aus mindestens drei, bevorzugt mehr als vier als Helix rotierten Strömungskanälen (11), bei dem die einzelnen Strömungskanäle (11) elektrisch voneinander isoliert sind sowie die Zwischenräume der einzelnen Strömungskanäle (11) zueinander elektrisch nichtleitend gefüllt sind und bei dem das zu erwärmende Prozessgas um die Mantelfläche (10) des Bündels und durch die inneren Strömungskanäle (11) strömt, ausgebildet ist oder der Heizkörper (1) in Form eines Zylinders, der von mindestens drei, bevorzugt mehr als vier inneren Strömungskanälen (11), deren Durchmesser größer als 2 mm ist und die Strömungskanäle (11) geradlinig verlaufend ausgebildet sind, durchzogen ist oder der Heizkörper (1) in Form eines Zylinders, der von mindestens drei, bevorzugt mehr als vier inneren Strömungskanälen (11), deren Durchmesser größer als 2 mm ist und die als Helix rotiert oder als Windungen ausgebildet sind, durchzogen ist oder der Heizkörper (1) in Form mehrerer zusammengesetzter Scheiben, die von mindestens drei, bevorzugt mehr als vier inneren Strömungskanälen (11), die einen Mindestdurchmesser von 2 mm haben und die im rechten Winkel oder angewinkelt zur Stirnfläche verlaufen können durchzogen sind, ausgebildet ist. oder die mindestens drei, bevorzugt mehr als vier Heizkörper (1) in Form einer in einem definierten Muster geschichteten Anordnung von zueinander kontaktlosen Elementen mit einem inneren Strömungskanal (11), bei dem die einzelnen Heizkörper (1) durch eine elektrisch nichtleitende Struktur bevorzugt keramische (12) voneinander elektrisch isoliert und definiert angeordnet sind sowie die Zwischenräume der einzelnen Heizkörper (1) zueinander elektrisch nichtleitend gefüllt sind und bei dem das zu erwärmende Prozessgas um die nicht mit der Struktur (12) kontaktierte Mantelfläche (10) der Heizkörper (1) und durch die inneren Strömungskanäle (11) strömt, ausgebildet sind. 8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that one or more heating elements (1) is/are arranged as a bundle with at least three, preferably more than four flow channels (11) or as a composite body in the interior of the housing (2) or the at least one heating element (1) is/are arranged in the form of a straight tube bundle with at least three, preferably more than four flow channels (11), in which the individual flow channels (11) are electrically insulated from one another and the spaces between the individual flow channels (11) are filled with electrically non-conductive material and in which the process gas to be heated is circulated around the outer surface of the bundle and flows through the inner flow channels (11), or the heating element (1) is designed in the form of a bundle of at least three, preferably more than four flow channels (11) rotating as a helix, in which the individual flow channels (11) are electrically insulated from one another and the spaces between the individual flow channels (11) are filled with electrically non-conductive material, and in which the process gas to be heated flows around the outer surface (10) of the bundle and through the inner flow channels (11), or the heating element (1) is designed in the form of a cylinder, which is traversed by at least three, preferably more than four inner flow channels (11), the diameter of which is greater than 2 mm and the flow channels (11) are designed to run in a straight line, or the heating element (1) is designed in the form of a cylinder, which is traversed by at least three, preferably more than four inner flow channels (11), the diameter of which is greater than 2 mm and which rotate as a helix or are designed as turns, or the A heating element (1) in the form of several assembled discs, which are traversed by at least three, preferably more than four, internal flow channels (11), which have a minimum diameter of 2 mm and which can run at right angles or at an angle to the end face. Or at least three, preferably more than four heating elements (1) in the form of an arrangement of elements layered in a defined pattern that are contactless with one another and have an internal flow channel (11), in which the individual heating elements (1) are electrically insulated from one another and arranged in a defined manner by an electrically non-conductive structure, preferably ceramic (12), and the spaces between the individual heating elements (1) are filled with electrically non-conductive material. and in which the process gas to be heated flows around the outer surface (10) of the heating elements (1) which is not in contact with the structure (12) and through the inner flow channels (11). 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) aus Quarzglas, AI2O3, ZrOz oder MgO oder einer chemischen Verbindung und/oder einer Mischung dieser Materialien gebildet ist. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (2) is formed from quartz glass, Al2O3, ZrO2 or MgO or a chemical compound and/or a mixture of these materials. 10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Eintritt (5) für das Prozessgas ein feuerfestes Verschlusselement (4) zur Vermeidung einer Rückströmung von erwärmten Prozessgas angeordnet ist. 10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a fire-resistant closure element (4) is arranged at the inlet (5) for the process gas to prevent backflow of heated process gas. 11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) von einem zweiten (7) und/oder einem dritten Gehäuse (8) umschlossen ist, so dass durch einen Spalt zwischen dem ersten Gehäuse (2) und dem zweiten Gehäuse (7) und/oder durch einen Spalt zwischen dem zweiten Gehäuse (7) und dem dritten Gehäuse (8) zur Vorwärmung des Prozessgases im Gegenstrom oder Gleichstrom zur Prozessgasströmung Prozessgas strömt. 11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (2) is enclosed by a second (7) and/or a third housing (8), so that process gas flows through a gap between the first housing (2) and the second housing (7) and/or through a gap between the second housing (7) and the third housing (8) in countercurrent or cocurrent to the process gas flow to preheat the process gas. 12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ein zweites Gehäuse (7) und/oder ein drittes Gehäuse (8) an ihren in Richtung Heizkörper (1) weisenden Oberflächen mit einer reflektierenden Oberflächenbeschichtung aus Titan-Nitrid, oder Aluminium-Chrom-Nitrid, oder Titan-Aluminium-Nitrid, oder einer anderen elektromagnetischen Strahlung im Wellenlängenbereich des infraroten Lichts reflektierenden Beschichtung, die nicht der induktiven Erwärmung dient, versehen ist. 12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a second housing (7) and/or a third housing (8) is provided on its surfaces facing towards the heating element (1) with a reflective surface coating made of titanium nitride, or aluminum chromium nitride, or titanium aluminum nitride, or another coating reflecting electromagnetic radiation in the wavelength range of infrared light, which coating is not used for inductive heating. 13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des aus dem Austritt austretenden Prozessgases durch eine Anpassung des Prozessgasvolumenstroms und/oder der elektrischen Leistung, mit der die mindestens eine elektrische Spule (3, 3a, 3b) betrieben wird, regelbar ist. 13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the process gas emerging from the outlet is controlled by adjusting the process gas volume flow and/or the electrical power with which the at least one electrical coil (3, 3a, 3b) is operated, is controllable. 14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie des mindestens einen Heizkörpers (1) und/oder der Eintritt (5) geometrisch und/oder durch zusätzliche eine Apparatur so ausgebildet ist, dass der Wärmeübergang zwischen dem mindestens einen Heizkörper (1) und dem Prozessgas, insbesondere durch eine Verwirbelung der Prozessgasströmung, maximiert ist. 14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the geometry of the at least one heating element (1) and/or the inlet (5) is designed geometrically and/or by additional equipment in such a way that the heat transfer between the at least one heating element (1) and the process gas is maximized, in particular by swirling the process gas flow. 15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Austritt (6) geometrisch und/oder durch eine Apparatur so ausgebildet ist, dass die Strömung des Prozessgases derart modifiziert wird, dass der Wärmeübergang auf einen etwaig im ausgetretenen Prozessgasstrom platzierten Feststoff und/oder eine Schmelze und/oder eine Flüssigkeit und/oder ein Gas und/oder Plasma maximiert ist. 15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet (6) is designed geometrically and/or by an apparatus in such a way that the flow of the process gas is modified in such a way that the heat transfer to any solid and/or melt and/or liquid and/or gas and/or plasma placed in the exiting process gas stream is maximized. 16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Austritt (6) geometrisch und/oder durch eine Apparatur so ausgebildet ist, dass die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Prozessgases und/oder die Geometrie des Prozessgasstromes, insbesondere mittels einer entsprechend geometrisch gestalteten Düse, modifiziert ist. 16. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet (6) is designed geometrically and/or by an apparatus in such a way that the average flow velocity of the process gas and/or the geometry of the process gas flow is modified, in particular by means of a correspondingly geometrically designed nozzle.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11235276A (en) * 1998-02-23 1999-08-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Heating equipment
EP1480740B1 (en) * 2002-03-14 2009-04-29 INVISTA Technologies S.à.r.l. Induction-heated reactors for gas phase catalyzed reactions
KR20130065180A (en) * 2011-12-09 2013-06-19 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 Vertical cvd apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11235276A (en) * 1998-02-23 1999-08-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Heating equipment
EP1480740B1 (en) * 2002-03-14 2009-04-29 INVISTA Technologies S.à.r.l. Induction-heated reactors for gas phase catalyzed reactions
KR20130065180A (en) * 2011-12-09 2013-06-19 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 Vertical cvd apparatus

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