[发明专利]加热元件和过程加热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将气体加热到高温的加热元件，其具有至少一个被设计成用于热气或待加热的气体的穿流的管1以及管中的电加热丝，该电加热丝被设计成用于将热传递到从加热丝旁边流过的气体。

同时，本发明还涉及一种过程加热器，其具有带气体输入部和气体输出部的壳体、在气体输入部与气体输出部之间的用于容纳加热元件的加热腔和用于至少一个加热元件的电联接端。

背景技术

相应的加热元件早已公知。如已提到那样，它们由至少一个被气体穿流的管构成，出于穿流的目的，管在两侧是敞开的，其中，在管内布置有加热丝，气体从加热丝旁边流过并且由于与加热丝直接接触而被加热。

通常，将螺旋状盘绕的、细的线材作为加热丝使用，其横截面比管横截面小得多，气流流过该加热丝并且由此被加热。通过加热丝来转化成热的电能显然依赖于所提供的电压和相当于加热丝的电阻器，其中，为了获得期望的电阻值可以对螺旋线材的长度进行相应调整，或者可以将多个相应的加热丝并联或串联联接。在此，传递到沿着加热丝流动的气体上的热能显然依赖于加热丝所达到的最高的温度、流动速度、用于热交换的表面以及在加热元件中的准确的流动情况。在持续运行中利用这种过程加热器在实践中经常可以实现的最高的气体温度的数量级为700℃。

虽然个别地也提供有允许产生最高约900℃的较高的气体温度的加热元件或过程加热器，但是这些加热元件或过程加热器却具有极短的使用寿命。在针对许多过程所要求的气体流率的情况下，加热丝本身不可避免地总是具有或多或少明显高于气体温度的温度，其中，在线材中或在其横截面中的最小的不均匀性或仅仅是不利的局部流动条件和湍流都已经可能导致的是，加热丝的一些区段比其余部分更强地被加热，于是这就迅速导致加热丝的断裂和故障。因为加热丝典型地含有少量的铝，其与氧气接触首先导致在围绕线材构成保护性的氧化铝层。然而，在铝成分被消耗之后，其他的合金组分，如铁和铬与氧气起反应，这通常意味着加热丝的使用寿命终结。待加热的或热的过程气体与加热丝的材料的其他化学反应也会加速加热丝发生故障或断裂。在加热丝的材料或横截面中的由于化学变化所引起的小的不规则性迅速导致加热丝的局部过度加热并且导致断裂。因为尤其是在高温下，非常细的、螺旋的加热丝的稳定性相对较低，所以加热线圈本身在竖直的管中容易下沉聚集，由此出现短路，这同样降低了这种螺旋线材的使用寿命。加热丝的横截面或者说直径越小，这种由于过度加热，特别是局部过度加热所引起的故障就越容易发生。但是另一方面，加热丝的大的表面与体积之比被认为对于将在加热丝中产生的热能有效传递到流动经过的气体来说是有利的，从而当希望使气体温度达到900℃的范围内或更高时，人们就要接受这种加热元件的较短的使用寿命。

但是出于上述原因，产生900℃或甚至还要更高的气体温度的过程加热器和加热元件通常仅具有几个小时的使用寿命。

发明内容

在此背景下，本发明的任务在于，提供一种过程加热器和一种相应的加热元件，它们允许产生最高1000℃或甚至更高的气体温度，由此能够将相当大的能量传递到气体上，并且仍然还具有相对较长的使用寿命，该使用寿命在产生最高1000℃的气体温度的情况下通常至少为传统的加热线圈的使用寿命的10倍。

该任务通过如下方式来解决，即，加热丝构造为沿着管轴线延伸的加热棒，该加热棒与管的内壁的最大净间距在管与加热棒的重叠长度的至少80％和/或周长的至少80％上不超过数值10mm。

换句话说，该加热丝不是材料横截面比管小得多的、螺旋的线材，而是棒，对于棒来说，其本身就能够限定基本上沿着或平行于管的轴线延伸的相应的纵向轴线，并且在此，即使在净间距在一些点，也就是说，在小于管和加热棒的重叠长度的20％或小于加热棒的周长的20％处形成的区域中可能较大时，管也满足在加热棒与管壁之间仅保留相对较小的、最大为10mm并且优选还要更小的净间距。因此在本说明书的范围内，术语“加热丝”不仅是用于相对较细的螺旋的线材的通用术语，而且是用于根据本发明的加热棒的通用术语，其中，不同的厚度不是主要的区别标准。

加热棒与管之间的最大净间距在许多实际情况中在1mm至2mm之间、略微在此之上或也可以在此之下直到0.02mm的最小值。加热棒的最大直径很少在10mm之上，这是因为在更大的直径的情况下，能量传递的效率由于加热棒的相对较大的体积/表面之比而显著降低，这仅可以通过更大的管长度和加热棒长度而部分地补偿。原则上，尽管不是优选，但使用具有较大直径的加热棒也是可行的。在根据本发明的意义中，针对加热棒的在实践中明显有利的直径范围在0.5mm至5mm之间。