AT18094U1 - Gasdurchlassmodul für einen hochtemperaturofen - Google Patents

Abstract

Gasdurchlassmodul zum Einbau in eine Strahlungsabschirmung (3) eines Hochtemperaturofens (1), wobei das Gasdurchlassmodul (2) eine Vielzahl flächiger, voneinander beabstandeter Leiteinrichtungen (6) aufweist, die sich zumindest teilweise zwischen zwei gegenüberliegenden Wandungen (7, 72) erstrecken, wobei zumindest ein Teil der Leiteinrichtungen (6) mit zumindest einem Teil der Wandungen (7, 72) entlang einer Längsachse (L) des Gasdurchlassmoduls (2) zumindest zeitweise und/oder zumindest abschnittsweise wenigstens einen für Gas (G) durchströmbaren Kanal (K) bilden, wobei die Leiteinrichtungen (6) zumindest zeitweise und/oder zumindest abschnittsweise schräg zur Längsachse (L) verlaufen derart, dass ein direkter Strahlungsdurchgang durch das Gasdurchlassmodul (2) im Wesentlichen verhindert wird.

Description

Beschreibung

GASDURCHLASSMODUL FÜR EINEN HOCHTEMPERATUROFEN

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasdurchlassmodul für einen Hochtemperaturofen mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft weiters eine Strahlungsabschirmung mit einem Gasdurchlassmodul sowie einen Hochtemperaturofen mit einem Gasdurchlassmodul.

[0002] Ein Hochtemperaturofen umfasst einen in der Regel wassergekühlten Ofenmantel, auch Kessel genannt, der einen Ofenraum umschließt. Innerhalb des Ofenraums ist eine Strahlungsabschirmung ausgebildet, welche einen Prozessraum umschließt und diesen gegenüber dem Ofenmantel thermisch isoliert.

[0003] Bei metallischen Hochtemperaturöfen ist die Strahlungsabschirmung von parallel zueinander angeordneten und beabstandeten Abschirmblechen (auch Strahlungsbleche genannt) gebildet. Diese Anordnung bewirkt durch multiple Reflexion an den Abschirmblechen eine Abschirmung gegenüber Strahlungswärme und wirkt damit als Isolation. Metallische Hochtemperaturöfen gehen beispielsweise aus der EP0303420 (A1) oder der WO2020/120147 (A1) hervor.

[0004] Diese Form einer voll-metallischen Isolation wird insbesondere für Hochtemperaturöfen mit hohen Anforderungen an die Reinheit einer Prozessatmosphäre oder für Vakuumöfen verwendet.

Von „Hochtemperatur" wird üblicherweise gesprochen, wenn Prozesstemperaturen über ca. 800°C erreicht werden.

[0005] In der Regel besteht die Strahlungsabschirmung aus mehreren Abschirmmodulen, das heißt einzelnen Baueinheiten, die zur Strahlungsabschirmung gefügt sind. So ist es möglich, mit geometrisch einfach geformten Abschirmmodulen verschiedene Querschnittsformen von Prozessräumen abzubilden.

[0006] Ein Zusammenbau einer Strahlungsabschirmung zusammen mit Heizleitern wird als Heizeinsatz (engl. hot zone) bezeichnet. Der Heizeinsatz eines Hochtemperaturofens ist entscheidend für die Temperaturverteilung, die Reinheit und den Energieverbrauch von Hochtemperaturprozessen.

[0007] Im Betrieb von Hochtemperaturöfen ist es vielfach erforderlich, Prozessgas oder Kühlgas in den Prozessraum zu leiten und wieder abzuführen. Hochtemperaturöfen sind daher häufig mit einem Gassystem ausgestattet, welches einen Gasaustausch zwischen dem Prozessraum und einem jenseits der Strahlungsabschirmung liegenden Ofenraum erlaubt. In weiterer Folge kann auch eine gasführende Verbindung durch den Ofenmantel realisiert sein.

[0008] Unter Prozessgas wird eine Gaszusammensetzung verstanden, die eine Wärmebehandlung eines Glühguts unterstützt oder überhaupt erst ermöglicht, wie zum Beispiel inerte oder reduzierende Atmosphären.

[0009] Eine weitere Motivation für ein Gassystem kann in einer erzwungenen Kühlung des Glühguts durch ein Kühlgas liegen.

Üblicherweise wird das Kühlgas über Gaseinlässe in den Prozessraum und somit dem Glühgut zugeführt. Das relativ zum Glühgut kühle Gas nimmt dabei Wärme aus dem Glühgut auf und kühlt das Glühgut. Anschließend verlässt das aufgeheizte Gas den Heizeinsatz über einen Gasauslass. Das aufgeheizte Gas wird dann einem ofenseitig installierten Wärmetauscher zugeführt, der das Gas abkühlt. Der Gaskreislauf wird üblicherweise durch einen Ventilator angetrieben, der ebenfalls ofenseitig installiert ist.

[0010] Für einen Gasaustausch sind am Heizeinsatz Gasein- und auslässe vorgesehen, um eine Gasströmung über das Glühgut zu gewährleisten. Gasein- und auslässe stellen im Wesentlichen Öffnungen in der Strahlungsabschirmung und damit Ursache deutlicher Energieverluste dar. Dazu kommt, dass Gasein- und auslässe lokale Schwachstellen in der Strahlungsabschirmung

darstellen und zu Temperaturinhomogenität im Ofen führen.

[0011] Es müssen folglich Maßnahmen getroffen werden, um eine möglichst widerstandsarme Durchströmbarkeit von Gasein- und auslässen zu gewährleisten und zugleich thermische Verluste gering zu halten.

[0012] Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen für ein Gassystem weisen etliche Nachteile auf, die im Folgenden näher erläutert werden:

[0013] Bei horizontalen metallischen Heizeinsätzen befindet sich ein Gasauslass nach dem Stand der Technik üblicherweise an einer Rückwand und damit direkt vor einem Lüfter und / oder Wärmetauscher des Ofens.

Die Gaseinlässe sind üblicherweise im Umfang des Heizeinsatzes oder axial, d.h. an der der Rückwand gegenüberliegenden Seite, angeordnet.

[0014] °* Gasauslass an einer Rückwand der Strahlungsabschirmung - Mangel 1

Nach heutigem Stand der Technik wird der Gasauslass an der Rückwand beispielsweise durch eine kreisförmige Öffnung in der Abschirmung realisiert. Um dennoch eine gewisse Abschirmwirkung zu erzielen, befindet sich vor (das heißt, auf der dem Prozessraum zugewandten Seite) oder hinter der Öffnung ein beabstandetes Abschirmpaket, welches üblicherweise in seiner Ausdehnung größer als die Öffnung selbst ist. Damit soll gewährleistet werden, dass kein direkter Strahlengang aus dem Inneren des Heizeinsatzes zur Kesselwand oder anderen Stahlbauteilen führt. Eine solche Ausführung ist kostenintensiv, da das Abschirmpaket über eine aufwändige Stützkonstruktion gehalten werden muss. Bei innenliegendem Abschirmpaket müssen besonders temperaturbeständige Materialien dafür verwendet werden. Nachteilig an der Konstruktion ist weiters, dass zusätzliche Masse aufgeheizt und abgekühlt werden muss.

[0015] * Gasauslass an einer Rückwand der Strahlungsabschirmung - Mangel 2

Wird der Gasauslass über eine Offnung und ein beabstandetes Abschirmpaket realisiert, wird dafür eine gewisse Bauraumtiefe benötigt, welche auch ofenseitig, d.h. am Kessel, vorgesehen werden muss. Die Größe des Kessels ist ein wesentlicher Kostentreiber für Hochtemperaturöfen.

[0016] * Gasauslass an einer Rückwand der Strahlungsabschirmung - Mangel 3

Wird der Gasauslass über eine Offnung und ein nach außen beabstandetes Abschirmpaket realisiert, befinden sich die ersten Abschirmlagen dieses Abschirmpaketes außerhalb (hinter) der Ebene der übrigen Abschirmung. Strahlung, die von dort reflektiert wird, trifft von hinten auf die übrige Abschirmung, weshalb diese besonders temperaturresistent und damit teuer ausgeführt werden muss.

Zum Verständnis sei erläutert, dass Abschirmbleche, die bezüglich des Prozessraums weiter außen, das heißt in Richtung Ofenwandung liegen, weniger hohen Temperaturen ausgesetzt sind als weiter innen liegende Lagen der Strahlungsabschirmung. Daher können weiter außen liegende Abschirmbleche gegebenenfalls aus warmfestem Stahl ausgeführt sein, während weiter innen liegende Abschirmbleche in der Regel aus Refraktärmetall gebildet sind. Für die innersten Lagen kann die Verwendung von Wolfram erforderlich sein. Daran - in Richtung außen - folgende Lagen können beispielsweise aus Molybdän bestehen.

[0017] + Wärmeverluste - Mangel 4

Generell verschlechtern Öffnungen in der Isolierung des Heizeinsatzes die Abschirmwirkung wesentlich. Durch diese Öffnungen wird Wärme durch Strahlung nach außen transportiert. Je höher die Temperatur im Inneren des Heizeinsatzes ist, desto größer werden die Verluste des Heizeinsatzes. Die erhöhten Verluste durch Öffnungen in der Isolierung müssen, im Gegensatz zu Systemen ohne Öffnungen in der Isolierung, durch höhere (Heiz-)leistungen ausgeglichen werden. Die Energieeffizienz von Systemen mit Öffnungen ist geringer. Es muss eine Heizung mit entsprechend höherer Leistung vorgesehen werden.

[0018] +» Temperaturinhomogenitäten - Mangel 5

Eine Öffnung in der Isolierung stellt auch eine Quelle für Temperaturinhomogenität im Inneren des Heizeinsatzes dar. Es konnte gezeigt werden, dass auf der Innenseite einer Öffnung eine niedrigere Temperatur vorherrscht als auf der Innenseite einer geschlossenen Abschirmung.

Diese Inhomogenität setzt sich nach Innen fort und kann im Glühgut zu unterschiedlichen Temperaturen führen. Dies ist unerwünscht, da eine möglichst homogene Temperaturverteilung Voraussetzung für ein gleichmäßiges Glühergebnis ist.

[0019] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung für einen Gasaustausch an einem Hochtemperaturofen anzugeben, mit welcher die oben geschilderten Nachteile bestehender Lösungen beseitigt oder zumindest gemildert werden.

Insbesondere soll der Zielkonflikt von widerstandsarmer Durchströmbarkeit eines Gasdurchlasses bei zugleich hoher Abschirmwirkung überwunden werden.

[0020] Die Aufgabe wird gelöst durch ein Gasdurchlassmodul mit den Merkmalen von Anspruch 1 bzw. durch eine Strahlungsabschirmung mit einem Gasdurchlassmodul, bzw. durch einen Hochtemperaturofen mit mindestens einem Gasdurchlassmodul.

Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0021] Indem der Gasdurchlassmodul aufweist: eine Vielzahl flächiger, voneinander beabstandeter Leiteinrichtungen, die sich zumindest teilweise zwischen zwei gegenüberliegenden Wandungen erstrecken, wobei zumindest ein Teil der Leiteinrichtungen mit zumindest einem Teil der Wandungen entlang einer Längsachse des Gasdurchlassmoduls zumindest zeitweise und/oder zumindest abschnittsweise wenigstens einen für Gas durchströmbaren Kanal bilden, wobei die Leiteinrichtungen zumindest zeitweise und/oder zumindest abschnittsweise schräg zur Längsachse verlaufen derart, dass ein direkter Strahlungsdurchgang durch das Gasdurchlassmodul im Wesentlichen verhindert wird,

ist eine günstige Abschirmwirkung bei gleichzeitig guter Durchströmbarkeit gewährleistet. Die

oben beschriebenen Mängel werden durch die Erfindung beseitigt oder zumindest deutlich ver-

ringert.

[0022] Das Gasdurchlassmodul ist dazu ausgebildet, in eine Öffnung der Strahlungsabschirmung eines Hochtemperaturofen eingesetzt zu werden, welche Strahlungsabschirmung einen Prozessraum umgibt und gegenüber einer Ofenwandung thermisch isoliert.

In einer Einbaulage ist das Gasdurchlassmodul insbesondere so orientiert, dass die Längsachse des Gasdurchlassmoduls parallel zu einer lokalen Abschirmrichtung der das Gasdurchlassmodul in der Einbaulage umgebenden Strahlungsabschirmung verläuft. In der Regel kann eine Ebenennormale auf die umgebende Strahlungsabschirmung als lokale Abschirmrichtung der Strahlungsabschirmung angesetzt werden.

[0023] Die Längsachse des Gasdurchlassmoduls verläuft typischerweise orthogonal zu einer Stirnseite des Gasdurchlassmoduls.

Mit einer Stirnseite ist insbesondere jene Seite des Gasdurchlassmoduls gemeint, welche in einer Einbaulage in einem Hochtemperaturofen in den Prozessraum weist. Typischerweise wird das Gasdurchlassmodul bündig mit der umgebenden Abschirmung eingebaut. Die Stirnseite des Gasdurchlassmoduls ist dann bevorzugt koplanar zu einer inneren Lage der Abschirmung. Es versteht sich, dass die „Stirnseite“ keine geschlossene Fläche gleich einem Deckel darstellt, sondern dass damit eine geometrische Ebene gemeint ist, die eine Stirn des Gasdurchlassmoduls bildet.

[0024] Ein „schräger“ Verlauf der Leiteinrichtungen bedeutet in dem Zusammenhang, dass zumindest Abschnitte der Leiteinrichtungen in einem Winkel geneigt zur Längsachse des Gasdurchlassmoduls verlaufen.

Der Winkel beträgt insbesondere zwischen 10° und 80°. Ein Winkel von 90° würde bedeuten, dass der betreffende Abschnitt der Leiteinrichtung senkrecht zur Abschirmrichtung steht. Ein groBer Winkel ist hinsichtlich der Abschirmwirkung vorteilhaft, aber ungünstig bezüglich eines Strömungswiderstands. Durch die Orientierung der Leiteinrichtungen ist ein direkter Strahlungsdurchgang entlang der Längsachse durch das Gasdurchlassmodul im Wesentlichen unterbunden. Das heißt, das Gasdurchlassmodul ist so beschaffen, dass es einen direkten Durchgang von Wärmestrahlung verhindert. Es lässt sich also keine gerade Linie parallel zur Längsachse des Gasdurchlassmoduls konstruieren, entlang derer das Gasdurchlassmodul von einer vorderen zu einer hinteren Stirnseite durchquert werden kann, ohne eine Leiteinrichtung zu kreuzen oder zumindest

zu berühren.

Insbesondere besteht keine gerade Linie, entlang derer das Gasdurchlassmodul von einer vorderen zu einer hinteren Stirnseite durchquert werden kann, ohne eine Leiteinrichtung zu kreuzen oder zumindest zu berühren - unabhängig von der Richtung des Pfades. Das heißt, auch in einem beliebigen Winkel zur Längsachse des Gasdurchlassmoduls verlaufende Linien berühren oder kreuzen wenigstens eine Leiteinrichtung.

Das Gasdurchlassmodul ist von einer vorderen zu einer hinteren Stirnseite für ein Gas durchströmbar.

[0025] Für eine Durchströmbarkeit des Gasdurchlassmoduls ist es günstig, wenn die Leiteinrichtungen nicht zu steil angestellt sind. Besonders ungünstig sind daher Abschnitte mit einer Ausrichtung von 90° zur Längsachse des Gasdurchlassmoduls, was eine Prallströmung bewirkt. Weiter bevorzugt und für beide Aspekte günstig ist eine Ausrichtung von Leiteinrichtungen im Bereich von 45° + 10°, weiter bevorzugt 45° + 5° gegenüber der Längsachse.

[0026] Die Leiteinrichtungen sind insbesondere flächig. Sie können ebene Teilflächen umfassen und / oder gekrümmt ausgebildet sein.

Eine Ausbildung von ebenen Teilflächen ist fertigungstechnisch günstig über Abkanten von Blechstreifen zu realisieren.

Die Leiteinrichtungen können Abschnitte umfassen, die entlang, also parallel zur Längsrichtung des Gasdurchlassmoduls verlaufen.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass Leiteinrichtungen in - bezüglich der Längsrichtung des Gasdurchlassmoduls - aufeinanderfolgenden Ebenen zumindest teilweise entgegengesetzt schräg verlaufen. Dies kann beispielsweise so gestaltet sein, dass Leiteinrichtungen bezüglich ihrer Ausrichtung gespiegelt in Längsrichtung des Gasdurchlassmoduls hintereinander angeordnet sind. Damit kann beispielsweise ein mäanderförmiger Verlauf von Kanälen realisiert werden.

[0027] Insbesondere erlaubt diese Weiterbildung die Verwendung von Gileichteilen.

[0028] Insbesondere ist das Gasdurchlassmodul entlang seiner Längsachse zu wenigstens 90% blickdicht. „Blickdicht“ bedeutet, dass sich kein unterbrechungsfreier Strahlungsgang konstruieren lässt, der von der Vorderseite bis zur Rückseite des Gasdurchlassmoduls tritt. Zu 90% blickdicht würde bedeuten, dass an 10% des Querschnitts, bezogen auf eine Stirnseite, ein direkter Durchgang von Strahlung in Längsrichtung möglich ist.

Die Blickdichtigkeit präzisiert das Merkmal weiter, wonach ein direkter Strahlungsdurchgang durch das Gasdurchlassmodul im Wesentlichen verhindert wird. Mit dem Merkmal einer Blickdichtigkeit ist die Wirkung verbunden, dass das Gasdurchlassmodul einen direkten Durchgang von Wärmestrahlung verhindert. Insbesondere ist das Gasdurchlassmodul zu 100% blickdicht.

[0029] Insbesondere ist vorgesehen, dass das Gasdurchlassmodul entlang der Längsrichtung mehrere Abschirmlagen beinhaltet. Damit ist gemeint, dass entlang eines fiktiven geraden Pfades durch das Gasdurchlassmodul entlang der Abschirmrichtung eine Vielzahl von, wenigstens zwei, Leiteinrichtungen durchtreten werden. In anderen Worten ausgedrückt: Konstruiert man eine gerade Linie durch das Gasdurchlassmodul, so wird die Linie von wenigstens zwei Leiteinrichtungen unterbrochen.

Eine „Längsrichtung“ bedeutet im Zusammenhang mit Orientierungen im Gasdurchlassmodul eine Richtung parallel zur Längsachse Gasdurchlassmoduls.

[0030] Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein freier Strömungsquerschnitt im Gasdurchlassmodul wenigstens 30% eines Querschnitts des Gasdurchlassmoduls beträgt.

Anders ausgedrückt, ist ein Querschnitt normal zu Längsachse nur zu höchstens 70% mit Material erfüllt.

Bevorzugt weisen entlang der Längsrichtung, welche in der Regel auch der Durchströmungsrichtung entspricht, sämtliche Querschnitte normal zu Längsachse einen freien Strömungsquerschnitt von wenigstens 30% auf.

[0031] In anderen Worten ist ein Querschnitt nur zu höchstens 70% von Material erfüllt. [0032] Weiter bevorzugt liegt der freie Strömungsquerschnitt über 80%, weiter bevorzugt über

90%, insbesondere über 95%.

[0033] Weiter bevorzugt ist vorgesehen, dass über 80% aller Querschnitte normal zu Längsachse des Gasdurchlassmoduls einen freien Strömungsquerschnitt von wenigstens 80% eines Querschnitts des Gasdurchlassmoduls aufweisen. Das bedeutet, dass nur an einem geringen Anteil von Querschnitten normal zu Längsachse des Gasdurchlassmoduls, insbesondere nur an kleiner oder gleich 20% aller Querschnitte ein freier Strömungsquerschnitt von 80% unterschritten wird. Mit dieser Präzisierung wird ausgedrückt, dass es vorgesehen sein kann, an einigen wenigen Querschnitten einen geringeren freien Strömungsquerschnitt zuzulassen, um eine Abschirmwirkung zu verbessern. An der Mehrzahl an Querschnitten jedoch beträgt der freie Strömungsquerschnitt über 80% der Querschnittsfläche.

[0034] Für eine gute Durchströmbarkeit kann weiters vorgesehen sein, dass entlang einer Durchströmungsrichtung der freie Strömungsquerschnitt frei von Verengungen ist. In anderen Worten ist es bevorzugt, dass der aus Wandungen und Leiteinrichtungen gebildete Kanal entlang seiner Erstreckung eine im Wesentlichen konstante Querschnittsfläche aufweist. Im Wesentlichen konstant bedeutet hier, dass die Querschnittsfläche entlang der Erstreckung um weniger als 25% variiert.

Es ist bevorzugt vorgesehen, dass ein freier Strömungsquerschnitt in Durchströmungsrichtung im Wesentlichen konstant ist.

[0035] Bevorzugt ist vorgesehen, dass sich die Leiteinrichtungen zwischen zwei gegenüberliegenden Wandungen von einem Ende bis zum anderen Ende erstrecken. Damit ist gemeint, dass sich die Leiteinrichtungen bevorzugt vollständig, weiter bevorzugt spaltfrei, zwischen zwei gegenüberliegenden Wandungen erstrecken.

[0036] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Leiteinrichtungen bündig mit den Wandungen abschließen. Damit ist gemeint, dass die Leiteinrichtungen im Wesentlichen entlang ihrer gesamten Stirnflächen an den Wandungen anliegen und insbesondere entlang der Berührung spaltfrei abschließen.

[0037] Die Leiteinrichtungen und Wandungen bilden Kanäle zur Führung eines Gasstroms durch das Gasdurchlassmodul.

Die Kanäle sind insbesondere diskret und geometrisch wohldefiniert, dass heißt sie sind von geometrisch definierten Flächen gebildet. Dies ist günstig für eine widerstandsarme Durchströmung. Sind die Leiteinrichtungen beweglich ausgeführt, betrifft obiges Merkmal den Betriebszustand des Gasdurchlassmoduls mit ausgelenkten Leiteinrichtungen, das heißt, den für eine Durchströmung offenen Betriebszustand.

[0038] Die von Leiteinrichtungen und Wandungen gebildeten Kanäle sind bevorzugt zu wenigstens 60%, bevorzugt größer 80%, weiter bevorzugt zu mehr als 90% von Material umschlossen. Mit dem Merkmal ist die Wirkung verbunden, dass die Kanäle eine widerstandsarme Durchströmung erlauben. Indem sie zu = 60%, bevorzugt = 80%, weiter bevorzugt = 90% geschlossen sind, besteht geringe Fluidkommunikation zwischen benachbarten Kanälen.

Sind die Leiteinrichtungen beweglich ausgeführt, betrifft obiges Merkmal den Betriebszustand des Gasdurchlassmoduls mit ausgelenkten Leiteinrichtungen, das heißt, den für eine Durchströmung offenen Betriebszustand.

[0039] In einer Weiterbildung sind die Kanäle vollständig von Material umschlossen.

[0040] Insbesondere bevorzugt können sind die Kanäle monolithisch von Leiteinrichtungen und Wandungen gebildet, das heißt frei von Fügezonen.

[0041] Bezüglich der Durchströmbarkeit ist es günstig, wenn die Kanäle dazu ausgebildet sind, einen Gasstrom möglichst selten umzulenken. Bevorzugt wird der Gasstrom zweimal umgelenkt. So wird bei Erhalt einer Abschirmwirkung der Strömungswiderstand gering gehalten.

[0042] Es kann vorgesehen sein, dass eine Ausrichtung zumindest eines Teils der Leiteinrichtungen als veränderbar ausgeführt ist. Dies bringt zum Ausdruck, dass die Leiteinrichtungen nicht notwendigerweise starr fixiert sind.

Vielmehr kann es vorgesehen sein, Leiteinrichtungen in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen verschieden auszurichten.

Eine denkbare Ausführung ist etwa, Leiteinrichtungen beweglich aufzuhängen. In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass Leiteinrichtungen durch eine mechanische Einrichtung oder von einem Gasstrom auslenkbar gestaltet sind.

[0043] Dies eröffnet die Möglichkeit, das Gasdurchlassmodul für Betriebszustände ohne Durchströmung geschlossen zu halten und so eine hohe Abschirmwirkung zu erzielen. Bei einer Durchströmung könnte diese Weiterbildung einen besonders geringen Strömungswiderstand aufweisen.

In einer Weiterbildung könnten die Leiteinrichtungen so aufgehängt sein, dass das Gasdurchlassmodul nur in einer Richtung durchströmbar ist. So kann eine Ventilwirkung erzeugt werden. Bevorzugt ist eine Rückstellung der Leiteinrichtungen durch Gravitation bei Entfall der Gasströmung vorgesehen.

Eine Klappenlösung verstärkt eine Kühlwirkung in dem für eine Durchströmung offenen Zustand, da das Gasdurchlassmodul in diesem Zustand kaum Abschirmwirkung gegenüber Wärmestrahlung aufweist.

[0044] Es kann vorgesehen sein, dass das Gasdurchlassmodul mehrere Kassetten umfasst, die entlang der Abschirmrichtung in Serie und / oder quer zur Abschirmrichtung parallel zueinander angeordnet sind.

Das bedeutet, dass ein Gasdurchlassmodul in einer Weiterbildung segmentiert ausgeführt ist. Unter Kassetten werden hier Rahmen verstanden, in denen Leiteinrichtungen fixiert sind, und die in einem stapelförmigen Zusammenbau das Gasdurchlassmodul bilden. Eine Konstruktion über Kassetten hat den Vorteil, dass Leiteinrichtungen nicht die komplette Abmessung des Gasdurchlassmoduls überspannen müssen. Damit kann die Konstruktion versteift werden. Auch können über die modulare Bauweise in Form von Kassetten Gasdurchlassmodule verschiedener Größen aus Gleichteilen aufgebaut werden.

Insbesondere bestehen Kassetten aus zur Längsachse parallelen Blechen, zwischen denen Leiteinrichtungen angeordnet sind.

Die das Gasdurchlassmodul bildenden Kassetten können auch geometrisch unterschiedlich ausgeführt sein.

Die Kassetten können auch hintereinander angeordnet sein und aus unterschiedlichen Materialien bestehen, beispielsweise ein besonders temperaturstabiles Material an der Innenseite, ein weniger temperaturstabiles Material an der Außenseite.

Ausbildungen und Anordnungen von Kassetten werden anhand der Figuren näher erläutert.

[0045] Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Gasdurchlassmodul einstückig ist, derart dass Leiteinrichtungen integral mit Wandungen ausgebildet sind. Nach dieser Variante sind Leiteinrichtungen und Wandungen nicht durch einen Fügeprozess miteinander verbunden, sondern in der Urformung monolithisch gebildet. Insbesondere kann diese Variante über additive Fertigungsverfahren (engl. additive manufacturing) realisiert werden.

Insbesondere ist das Gasdurchlassmodul durch ein aufschmelzendes Verfahren gebildet, bevorzugt durch das Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Verfahren. Bei aufschmelzenden Verfahren werden Pulverpartikel unter Einwirkung eines Energiestrahls, etwa Laser oder Elektronenstrahl, lokal erschmolzen.

Strahlschmelzverfahren haben insbesondere den Vorteil, dass die eine hohe geometrische Präzision und geringe Wandstärken ermöglichen.

[0046] Alternativ kann das Gasdurchlassmodul durch ein binderbasiertes additives Fertigungsverfahren dargestellt werden. Binderbasiert bedeutet, dass ein für den generativen Aufbau verwendetes Metallpulver mit wenigstens einem organischen Binderbestandteil aufbereitet ist. Bekannte binderbasierte additive Fertigungsverfahren sind insbesondere:

Filamentdruck mit Feedstockfilamenten, Extrusion, Selektives Lasersintern (SLS) mit Feedstockgranulat-Pulver, Lithographieverfahren mit Feedstock und Binderjetting mit gemischten oder vorlegierten oder granulierten Metallpulvern. Binderbasierte additive Fertigungsverfahren lassen sich vorteilhaft auch für nicht-metallische Werkstoffe wie Graphit oder Keramik einsetzen.

[0047] Der Vorteil einer einstückigen Ausbildung, insbesondere durch ein additives Fertigungsverfahren, liegt unter anderem in den Gestaltungsmöglichkeiten für den freien Strömungsquerschnitt. Es kann ein strömungstechnisch günstiger Kanal geschaffen werden.

[0048] Schutz wird auch begehrt für einen Heizeinsatz für einen Hochtemperaturofen mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Gasdurchlassmodul.

Ebenfalls Schutz wird begehrt für einen Hochtemperaturofen mit einem erfindungsgemäßen Gasdurchlassmodul.

[0049] Neben der beschriebenen Verwendung des Gasdurchlassmoduls zur Gewährleistung eines Gasaustausches an einem Hochtemperaturofen sind weitere Verwendungen vorstellbar: Als weitere Anwendung ist ein Einsatz zur bevorzugten Abscheidung von Verunreinigungen während einer Reinigungsglühfahrt denkbar. Dabei könnte das Gasdurchlassmodul so konstruiert sein, dass es zwar den direkten Strahlengang unterbricht, und somit das Erreichen einer hohen Temperatur zulässig ist, gleichzeitig aber selbst - zumindest abschnittsweise - möglichst kühl bleibt. Dies könnte beispielsweise durch eine stark abstrahlende Oberfläche im Außenbereich des Heizeinsatzes realisiert werden.

Das Ziel ist hier, das Gasdurchlassmodul als eine Art Kältefalle zu benutzen, an der sich Verunreinigungen als Kondensat abscheiden können. Dies erreicht man, in dem das Gasdurchlassmodul kühler ist als die umliegenden Bereiche, insbesondere, wenn das Gas (und die damit die transportierten Verunreinigungen) über das kalte Bauteil zwangsgeführt wird. Insbesondere herrschen bei dieser Weiterbildung am Gasdurchlassmodul abschnittsweise Temperaturen kleiner oder gleich einem Taupunkt des Gasstroms.

[0050] Technisch umsetzbar ist das, indem das Gasdurchlassmodul an der kalten Seite, d.h. von dem Heizeinsatz aus gesehen außen liegend eine große, abstrahlende Oberfläche besitzt und dadurch gekühlt wird (= Kühlrippen). Begünstigt kann dies durch eine hochemittierende Schicht werden.

Damit schlagen sich Verunreinigungen, die im Inneren des Heizeinsatzes verdampft werden, an dem austauschbaren Gasdurchlassmodul bevorzugt nieder. Das Gasdurchlassmodul kann also als eine Art Kondensationsfalle verwendet werden.

Nach der Reinigungsfahrt wird dieses spezielle Gasdurchlassmodul ausgebaut und kann außerhalb des Ofens gereinigt werden. Anschließend kann das Gasdurchlassmodul wieder eingebaut werden oder durch ein neues Gasdurchlassmodul ersetzt werden.

[0051] Zusammengefasst lassen sich durch die Erfindung folgende Vorteile erzielen:

1. Verringerung von thermischen Verlusten durch Eliminierung eines direkten Strahlenganges aus dem Inneren des Heizeinsatzes nach außen (gilt vor allem für die Ausprägung von Gasdurchlassmodulen als Gasdüsen, da hier derzeit eine direkte Durchstrahlung möglich ist). Damit ergibt sich eine erhöhte Energieeffizienz zum Stand der Technik.

2. Verringerung von thermischen Verlusten durch Erhöhung der Abschirmwirkung im Vergleich zum Stand der Technik bei vergleichbaren oder geringeren Kosten (gilt für Gasdurchlassmodule in Anwendung an einer Rückwand einer Strahlungsabschirmung, da hier nach dem Stand der Technik ein beabstandetes Abschirmpaket verwendet wird). Damit ergibt sich eine erhöhte Energieeffizienz zum Stand der Technik.

3. Realisierung von Austauschbarkeit. Die Erfindung kann als Einsatz für Gasdüsen bzw. als Einsatz in eine Rückwand ausgeführt werden. Dadurch ist es möglich, die Gaseinströmungsrichtung gezielt an eine Beladung des Ofens anzupassen (gilt insbesondere für Gasdurchlassmodule in Anwendung als Gasdüsen). Gasdüsen- und Rückwandeinsätze können auch nachträglich getauscht werden, ohne den gesamten Heizeinsatz aus dem Ofen auszubauen. Damit ist eine höhere Servicierbarkeit im Vergleich zum Stand der Technik gegeben. Einsätze könnten auch ganz entfernt oder die Öffnungen vollständig verschlossen werden.

4. Kompakte Bauweise (gilt insbesondere für Gasdurchlassmodule in der Anwendung als Einsatz in eine Rückwand einer Strahlungsabschirmung). Die erfindungsgemäße Ausführung der Rückwand benötigt eine geringere Bauraumtiefe als eine Lösung nach dem Stand der Technik. Damit kann ein kleinerer Kessel bei gleichem Chargenraum (insbesondere interessant für Neu-Anlagen) oder bei gleichem Kessel größerer Chargenraum (insbesondere interessant für Nachrüstungen)

verwendet werden.

5. Erhöhung der Temperaturhomogenität (gilt insbesondere für eine Verwendung von Gasdurchlassmodulen in einer Rückwand-Abschirmung) Durch Vermeidung von lokalen thermischen Verlusten durch Öffnungen in der Abschirmung wird die Temperaturhomogenität im Inneren des Heizeinsatzes erhöht.

6. Gewährleistung einer Abschirmwirkung in allen Betriebszuständen (Gasdüsen und Rückwand). Anders als bei bekannten Klappenlösungen ist durch die erfindungsgemäße Ausführung eine Abschirmwirkung in allen Betriebszuständen gewährleistet. Hot spots an der Kesselwand werden somit vermieden. Die erfindungsgemäße Ausführung von Gasdüsen und Rückwand ermöglicht die Durchströmung bei gleichzeitiger thermischer Abschirmung.

7. Kombination eines statischen und eines dynamischen Systems (Rückwand). In einer möglichen Ausführungsvariante wird ein statisches System (fixverbaute Leiteinrichtungen) mit einem dynamischen System (auslenkbare Leiteinrichtungen als Klappen) kombiniert. Damit wird gewährleistet, dass aus einem heißen Bereich (innenliegend) kein direkter Strahlengang möglich ist, während der Nutzen von Klappen, insbesondere der besonders geringe Strömungswiderstand, genutzt werden kann. Da die Klappen insbesondere in einem kühleren Bereich angeordnet sind, ist die dauerhafte Betriebsfähigkeit gewährleistet.

8. Unabhängigkeit der Geometrie von Gasein- und auslass. Die Erfindung kann für alle möglichen Formen an Gasein- und auslässen verwendet werden. Auch eine axiale Durchströmung eines Heizeinsatzes ist durch geschickte Anordnung realisierbar. Es ist auch möglich, das Konzept der Gasdurchlassmodule auf den Gaseinlass anzuwenden.

9. Der Einsatz der Erfindung ist nicht auf metallische Heizeinsätze beschränkt. Alle Arten von Hochtemperaturanlagen, bei denen eine thermische Abschirmung bei gleichzeitiger Durchströmung realisiert werden soll, sind mögliche Einsatzgebiete. Die erfindungsgemäßen Gasdurchlassmodule sind in graphitischen oder keramischen Isolierungen einsetzbar.

[0052] Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigt: [0053] Fig. 1a-b eine schematische Darstellung eines generischen Hochtemperaturofens

[0054] Fig. 2a-b eine schematische Darstellung eines außenliegenden Gasauslasses nach dem Stand der Technik

[0055] Fig. 3 einen Hochtemperaturofen mit einem Gasdurchlassmodul nach einem ersten Ausführungsbeispiel

[0056] Fig. 4 ein Gasdurchlassmodul nach einem weiteren Ausführungsbeispiel [0057] Fig. 5 eine Leiteinrichtung nach einem ersten Beispiel

[0058] Fig. 6 eine Leiteinrichtung nach einem weiteren Beispiel

[0059] Fig. 7 ein Gasdurchlassmodul nach einem weiteren Ausführungsbeispiel

[0060] Fig. 8a-8c ein Gasdurchlassmodul nach einem weiteren Ausführungsbeispiel [0061] Fig. 9a-b ein Gasdurchlassmodul in weiteren Ausführungsbeispielen [0062] Fig. 10a-b ein Gasdurchlassmodul in weiteren Ausführungsbeispielen

[0063] Fig. 11a-b einen Kanal in einem Gasdurchlassmodul nach dem Ausführungsbeispiel von Figur 9a

[0064] Fig. 12 einen Kanal in einem Gasdurchlassmodul nach dem Ausführungsbeispiel von Figur 10a

[0065] Fig. 13 schematische Darstellung eines additiven Herstellungsprozesses eines Gasdurchlassmoduls

[0066] Fig. 14 ein Gasdurchlassmodul nach einem weiteren Ausführungsbeispiel [0067] Figuren 1a und 1b zeigen zur grundsätzlichen Orientierung schematisch einen generischen Hochtemperaturofen 1, wobei Figur 1a einen schematischen Längsschnitt und Figur 1b

einen schematischen Querschnitt zeigt.

[0068] Dargestellt ist in diesem Beispiel eine zylindrische Ofenform in liegender (horizontaler) Bauweise. Die Erfindung ist freilich auch für andere Ofenformen wie beispielsweise rechteckige oder polygonale Formen anwendbar.

Der Hochtemperaturofen 1 umfasst einen Ofenmantel 11, auch Kessel genannt, der in der Regel als Stahlmantel ausgeführt ist und üblicherweise wassergekühlt ist. An den Stirnseiten ist der Hochtemperaturofen 1 von Deckeln verschließbar.

Der Hochtemperaturofen 1 umfasst einen Prozessraum 4, der durch eine Strahlungsabschirmung 3 gegenüber dem Ofenmantel 11 isoliert ist. Die Strahlungsabschirmung 3 umfasst in diesem Fall eine den Prozessraum 4 umfänglich umgebende Seitenabschirmung 32 und an den Stirnseiten Deckelabschirmungen 31.

Die Strahlungsabschirmung 3 ist aus beabstandeten Strahlungsblechen 33 aufgebaut. Hier schematisch und vereinfacht sind nur zwei Strahlungsbleche 33 dargestellt. In der Regel sind weitaus mehr Strahlungsbleche 33 parallel hintereinander angeordnet, beispielsweise zwischen fünf und zehn Strahlungsbleche 33.

Insbesondere sind alle oder einige Strahlungsbleche 33 aus Refraktärmetall gebildet, insbesondere aus Molybdän oder Wolfram bzw. Legierungen davon. Alternativ oder ergänzend können Isolierungslagen aus Graphit und / oder Keramik ausgeführt sein.

Dem Prozessraum 4 abgewandte Lagen können gegebenenfalls aus einem hochtemperaturbeständigen Stahl ausgebildet sein.

[0069] Wie in Figur 1b erkennbar, ist in diesem Beispiel die Seitenabschirmung 32 als Polygonzug aus mehreren miteinander verbundenen Abschirmmodulen gebildet, die zusammen eine zylindrische Form annähern.

[0070] Im gezeigten Beispiel eines Hochtemperaturofens 1 wird ein annähernd kreisförmiger Querschnitt des Prozessraums 4 realisiert. Es könnte alternativ beispielsweise auch ein rechteckiger Querschnitt durch senkrecht zueinander stehende Abschirmmodule gebildet werden.

[0071] Figuren 2a-b zeigen schematische Darstellungen eines Gasauslasses nach dem Stand der Technik. In Figur 2a ist ein Querschnitt durch eine Strahlungsabschirmung 3 gezeigt. Die Strahlungsabschirmung 3 umgibt einen Prozessraum 4. Für einen Gastausch mit einem den Prozessraum 4 umgebenden Ofenraum ist eine Öffnung 5 in eine stirnseitige Abschirmung 31 eingebracht oder konstruktiv ausgespart. _

Gemäß dieser aus dem Stand der Technik bekannten Lösung ist einer Öffnung 5 der stirnseitigen Abschirmung 31 eine die Öffnung 5 bezüglich ihres Durchmessers - D - überragende zusätzliche Abschirmung - VA - mit einem Durchmesser DvA vorgesetzt. Die zusätzliche Abschirmung - VA ist grundsätzlich gleich aufgebaut wie die stirnseitige Abschirmung 31 oder die Seitenabschirmung 32, nämlich aus einem Stapel paralleler, zueinander beabstandeter Strahlungsbleche 33. Die vorgesetzte Abschirmung - VA - ist beispielsweise über eine Stützkonstruktion mit der stirnseitigen Abschirmung 31 verbunden und solchermaßen von dieser abgehängt.

Die vorgesetzte Abschirmung - VA - ist über einen ringförmigen Spalt der Breite B von der stirnseitigen Abschirmung 31 beabstandet.

[0072] Eine Strahlungsabschirmung 3 dient zur Isolation des Prozessraums 4, indem Wärmestrahlung aus dem Prozessraum 4 über multiple Reflexion an den Strahlungsblechen 33 in den Prozessraum 4 zurückgeworfen wird. Eine lokale Abschirmrichtung - R - lässt sich als Richtung parallel zu einer lokalen Ebenennormale einer betreffenden Abschirmung, hier der stirnseitigen Abschirmung 31, definieren. Die Strahlungsbleche 33 sind demgemäß senkrecht zur lokalen Abschirmrichtung R.

Durch Pfeile sind beispielhaft Richtungen von Strahlungsgängen illustriert.

Man erkennt, dass Strahlung in einem erheblichen Ausmaß über den Ringspalt austreten kann. Das Ausmaß an Strahlungsverlust ist beispielsweise über einen Austrittswinkel a beschreibbar, innerhalb dessen Strahlung durch den Ringspalt nach außen treten kann. Selbst wenn dieser Winkel 0° wird, gibt es Verluste durch mehrfache Reflexion, sowie durch Abstrahlung von der Abschirmung selbst.

[0073] Die Breite - B - des Ringspalts kann nicht beliebig reduziert werden, da ein möglichst guter Gasaustausch über die Offnung 5 und den Ringspalt erfolgen soll.

Es ist ferner erkennbar, dass ein Anteil jener Strahlung, die nicht exakt parallel zur Abschirmrichtung R auf die vorgesetzte Abschirmung VA trifft, von dieser auf die Rückseite der stirnseitigen Abschirmung 31 geworfen wird.

Dies ist neben den energetischen Verlusten besonders ungünstig, da die Rückseite der stirnseitigen Abschirmung 31 damit eine hohe thermische Belastung erfährt.

Figur 2b zeigt eine zumindest thermisch gegenüber der Lösung von Figur 2a verbesserte Konstruktion, wie sie ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dabei ist eine den Ringspalt umgebende zylindrische Zusatzabschirmung - ZZ - vorgesehen. Diese verkleinert, wie geometrisch leicht vorstellbar, den Winkelbereich, in welchem eine Abstrahlung durch den Ringspalt erfolgt.

Diese Verbesserung wird allerdings durch eine kostspielige Konstruktion erkauft. Die zylindrische Zusatzabschirmung ZZ ist aufwendig in der Fertigung. Zusätzlich muss eine eigene Aufhängung für die zylindrische Zusatzabschirmung - ZZ - vorgesehen werden.

[0074] Diese aus dem Stand der Technik bekannte Konstruktionen eines Gasdurchlasses weisen also erhebliche Mängel auf. Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, durch welche die Mängel beseitigt oder zumindest gemildert werden.

[0075] Figur 3 zeigt einen Hochtemperaturofen 1 mit einem Gasdurchlassmodul 2 nach einem ersten Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist ein Schnitt durch die stirnseitige Abschirmung 31 mit einem in einer Öffnung 5 angeordneten Gasdurchlassmodul 2.

Das Gasdurchlassmodul 2 ist in diesem Fall bündig mit der inneren Ebene der stirmseitigen Abschirmung 31 eingelassen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mehrere Gasdurchlassmodule 2 in die Strahlungsabschirmung 3 des Hochtemperaturofens 1 eingelassen sind. Besonders vorteilhaft kann eine Anordnung an gegenüberliegenden Seiten der Strahlungsabschirmung 3 sein, sodass eine Durchströmung des Hochtemperaturofens 1 ermöglicht wird.

[0076] Das Gasdurchlassmodul 2 umfasst eine Vielzahl flächiger, voneinander beabstandeter Leiteinrichtungen 6. Die Leiteinrichtungen 6 dienen sowohl der Gasführung als auch der thermischen Abschirmung. Die Leiteinrichtungen 6 erstrecken sich zwischen Wandungen 7, die in der vorliegenden Darstellung parallel zur Zeichnungsebene verlaufen und nicht dargestellt sind.

Die Leiteinrichtungen 6 bilden mit Wandungen 7 wenigstens einen für Gas G durchströmbaren Kanal K.

Das Gasdurchlassmodul 2 ist insbesondere entlang einer Längsachse L für Gas G durchströmbar. Dies bedeutet nicht, dass sich Kanäle K exakt entlang der Längsachse L erstrecken müssen. Vielmehr ist vorgesehen, dass das Gasdurchlassmodul 2 zwischen seinen Stirnseiten 22, 23 durchströmbar ist.

[0077] Die Leiteinrichtungen 6 sind in diesem Ausführungsbeispiel von abgekanteten Blechstreifen gebildet.

Insbesondere sind die Leiteinrichtungen 6 aus Refraktärmetall gebildet, insbesondere aus MoIlyodän oder Wolfram bzw. Legierungen davon.

Unter Refraktärmetallen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Metalle der 4. Gruppe (Titan, Zirconium und Hafnium), der 5. Gruppe (Vanadium, Niob, Tantal) und der 6. Gruppe (Chrom, Molybdän, Wolfram) des Periodensystems sowie Rhenium verstanden. Unter Refraktärmetalllegierungen sind Legierungen mit wenigstens 50 at. % des betreffenden Elements gemeint. Diese Werkstoffe weisen unter anderem eine ausgezeichnete Formbeständigkeit bei hohen Einsatztemperaturen auf.

Bei geringeren Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit können Leiteinrichtungen 6 gegebenenfalls, zum Beispiel auch nur abschnittsweise, aus einem hochtemperaturbeständigen Stahl ausgebildet sein.

[0078] Die Leiteinrichtungen 6 erstrecken sich zumindest abschnittsweise in einem Winkel ß zu einer Längsachse L des Gasdurchlassmoduls 2 und sind derart bemessen, sodass im Wesentlichen kein direkter Strahlungsdurchgang entlang der Längsachse L durch das Gasdurchlassmo-

dul 2 stattfindet, während das Gasdurchlassmodul 2 für Gas - G - durchströmbar ist.

Die Längsachse L verläuft parallel zur lokalen Abschirmrichtung R. Insbesondere lässt sich kein gerader Pfad durch das Gasdurchlassmodul 2 darstellen, der berührungsfrei (also ohne auf wenigstens eine Leiteinrichtung 6 zu treffen) das Gasdurchlassmodul 2 durchläuft. Damit ist ein direkter Strahlungsdurchgang verhindert und das Gasdurchlassmodul 2 wirkt als Abschirmung gegenüber thermischer Strahlung.

[0079] Ferner besitzen die Leiteinrichtungen 6 eine geringe Dicke und sind zusätzlich optional unterbrochen, was Wärmeleitungsverluste gering hält.

[0080] Durch die besondere Ausbildung der Leiteinrichtungen 6 wird ein direkter Strahlungsdurchgang durch das Gasdurchlassmodul 2 im Wesentlichen verhindert. Geometrisch lässt sich dieses Merkmal durch das Maß einer Blickdichtigkeit beschreiben.

Insbesondere ist das Gasdurchlassmodul 2 zu wenigstens 90% blickdicht. „Blickdicht“ bedeutet, dass kein direkter Strahlungsgang konstruieren lässt, der von der dem Prozessraum 4 zugewandten Seite des Gasdurchlassmoduls 2 bis zur Rückseite des Gasdurchlassmoduls 2 tritt.

Weiter bevorzugt ist das Gasdurchlassmodul 2 zu 100% blickdicht.

Abschnitte der Leiteinrichtungen 6 können sich durchaus auch in Richtung der Längsachse L erstrecken, wie auch im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fall.

Durch das erfindungsgemäße Gasdurchlassmodul 2 wird die Anzahl der Reflexionen bis zu einem Strahlungsaustritt im Vergleich zu bestehenden Konzepten beträchtlich erhöht, was du einer Reduzierung der Energieverluste führt. Bei vorbekannten Gasdurchlässen in einer Abschirmung, etwa in einer Rückwand, kann die Strahlung nach nur einer Reflexion austreten, bei dem erfindungsgemäßen Konzept benötigt man ähnlich viele Strahlungsgänge wie in der Strahlungsabschirmung selbst.

Vorbekannte Gasein-/auslässe haben eine erheblich schlechtere Abschirmwirkung als die eigentliche Strahlungsabschirmung des Hochtemperaturofens. Durch die Erfindung kann auch am Gasdurchlassmodul 2 dieselbe Abschirmwirkung wie an der Strahlungsabschirmung selbst erzielt werden.

Eine Form des Gasdurchlassmoduls 2 ist nach den Gegebenheiten wählbar. Hier gezeigt ist eine Quaderform.

[0081] Figur 4 zeigt einen Ausschnitt des Gasdurchlassmoduls 2 von Figur 3 im Detail. Das Gasdurchlassmodul 2 und damit die Leiteinrichtungen 6 sind im Querschnitt gezeigt. Zum leichteren Verständnis ist eine Einbausituation des Gasdurchlassmoduls 2 gegenüber einem Prozessraum 4 angedeutet.

Eine vordere Stirnseite des Gasdurchlassmoduls 2 weist in diesem Beispiel in Richtung Prozessraum 4, eine gegenüberliegende hintere Stirnseite des Gasdurchlassmoduls 2 weist in Richtung Ofenmantel (nicht dargestellt). Angedeutet ist eine Wandung 7, die in der vorliegenden Ansicht parallel zur Zeichnungsebene verläuft. Die Leiteinrichtungen 6 erstrecken sich zwischen Wandungen 7, sodass die Leiteinrichtungen 6 an ihren Stirnseiten von Wandungen 7 gefasst sind. Die Leiteinrichtungen 6 bilden mit den Wandungen 7 wenigstens einen für Gas G durchströmbaren Kanal K entlang der Längsachse L.

Entlang der Längsachse L sind mehrere Ebenen E von Leiteinrichtungen 6 entlang einer Tiefe t des Gasdurchlassmodul 2 hintereinander angeordnet, im vorliegenden Ausschnitt sind drei Ebenen E1, E2 und E3 dargestellt. Bevorzugt umfasst das Gasdurchlassmodul 2 wenigstens drei Ebenen E und bis zu zehn Ebenen E.

Typischerweise und bevorzugt sind fünf bis acht Ebenen E vorgesehen.

Die Anordnung und Anzahl von Leiteinrichtungen 6 erfolgt mit dem Ziel einer mehrfachen Unterbrechung des Strahlungsganges von innen nach außen aus allen Einfallswinkeln. Diese Unterbrechung des Strahlungsganges soll möglichst häufig vorhanden sein, bei gleichzeitig möglichst geringem Widerstand für die Gasströmung und möglichst geringer Wärmeleitung von innen nach außen.

[0082] Ein lokaler freier Strömungsquerschnitt b, eines Kanals K ergibt sich über den Abstand zwischen zwei benachbarten Leiteinrichtungen 6 orthogonal zur Richtung des Gasstroms. Zur Ermittlung des lokalen freien Strömungsquerschnitts b+ eines Kanals K wird eine gedachte

Schnittebene SE orthogonal zur Längsachse L durch das Gasdurchlassmodul 2 gelegt. Zwischen den Leiteinrichtungen 6 liegen lokale freie Strömungsquerschnitte bi eines Kanals K.

[0083] Nur die Strecken, entlang derer die Schnittebene SE Leiteinrichtungen 6 schneidet, sind materialerfüllt.

Da die Abstände zwischen Leiteinrichtungen 6 variabel sein können, wird bevorzugt ein mittlerer freier Strömungsquerschnitt b angegeben, der als Mittel über alle lokalen freien Strömungsquerschnitte bi entlang eines Schnittes mit der Schnittebene SE bestimmt werden kann.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein mittlerer freier Strömungsquerschnitt b im Gasdurchlassmodul wenigstens 30% eines Querschnitts des Gasdurchlassmoduls beträgt. Anders ausgedrückt, ist ein Querschnitt durch das Gasdurchlassmodul 2 normal zu Längsachse L nur zu höchstens 70% mit Material erfüllt.

Weiter bevorzugt beträgt ein mittlerer freier Strömungsquerschnitt b im Gasdurchlassmodul über 80%.

[0084] Weiter bevorzugt ist vorgesehen, dass über 80% aller Querschnitte normal zu Längsachse des Gasdurchlassmoduls einen freien Strömungsquerschnitt von wenigstens 80% eines Querschnitts des Gasdurchlassmoduls aufweisen.

Das bedeutet, dass in den meisten Querschnitten parallel zu hier eingetragenen Schnittebene SE ein mittlerer freier Strömungsquerschnitt b wenigstens 80% eines Querschnitts des Gasdurchlassmoduls 2 beträgt.

Es kann vorgesehen sein, einigen wenigen Querschnitten einen geringeren freien Strömungsquerschnitt b zuzulassen, um eine Abschirmwirkung zu verbessern.

Angestrebt wird ein großer mittlerer freier Strömungsquerschnitt. Bezogen auf eine Querschnitt Gasdurchlassmoduls 2, reflektiert der Wert auch ein MaR einer „Porosität“ des Gasdurchlassmoduls 2, also wieviel eines Volumens des Gasdurchlassmoduls 2 nicht von Material erfüllt ist. Ein hoher Wert der Porosität, also eine geringe Materialerfüllung, ist günstig wegen einer damit verbundenen geringen Wärmekapazität und geringen Wärmeleitung. Zudem begünstigt ein großer mittlerer freier Strömungsquerschnitt die Permeabilität, also die Durchlässigkeit für eine Gasströmung.

Bevorzugt ist das Gasdurchlassmodul 2 nur zu höchstens 20% von Material erfüllt. Aus den äuBeren Abmessungen des Gasdurchlassmoduls 2 kann dessen Volumen bestimmt werden. In Kenntnis der stofflichen Ausbildung der Leiteinrichtungen 6 und der Wandungen 7 kann somit beispielsweise gravimetrisch auf die Erfüllung mit Material geschlossen werden.

[0085] Gleichzeitig muss das Gasdurchlassmodul 2 so ausgeführt sein, dass es stabil gegenüber hohen Anwendungstemperaturen, thermisch induzierten Spannungen, Belastung durch den Gasdruck, Abrasion und ähnlichem ist.

Für die Leiteinrichtungen 6 haben sich als Wandstärken der Bleche zwischen 0,1 mm und 2 mm besonders bewährt.

[0086] Für eine widerstandsarme Durchströmbarkeit, also eine hohe Permeabiliät, ist es günstig, wenn ein freier Strömungsquerschnitt b entlang einer Tiefe des Gasdurchlassmoduls 2 wenig oder gar nicht variiert. Bevorzugt ist es, wenn Abweichungen eines freien Strömungsquerschnitts entlang eines Strömungspfades P weniger als 10% betragen. Dabei sollte eine Ablenkwinkel der Strömung möglichst gering sein, d.h. die Gasströmung soll möglichst nicht senkrecht auf Oberflächen treffen.

[0087] Erkennbar ist ferner, dass sich die Leiteinrichtungen 6 zumindest abschnittsweise schräg zur Längsachse L verlaufen. Mit „schräg“ ist insbesondere gemeint, dass Leiteinrichtungen 6 zumindest abschnittsweise in einem Winkel B zur Längsachse L geneigt sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Leiteinrichtungen 6 der ersten Ebene E1 abschnittsweise in einem ersten Winkel ß+; zur Längsachse L geneigt.

Die Leiteinrichtungen der zweiten Ebene E2 verlaufen abschnittsweise in einem zweiten Winkel ß2 zur Längsachse L geneigt.

Günstig ist eine Ausrichtung von Leiteinrichtungen 6 im Bereich von 45° + 15°, weiter bevorzugt 45° + 5° gegenüber der Längsachse L.

[0088] Teilabschnitte von Leiteinrichtungen 6 können sich teilweise parallel zur Längsachse L erstrecken. Teilabschnitte von Leiteinrichtungen 6 können normal zur Längsachse L verlaufen.

[0089] Günstig ist ferner eine Anordnung von Leiteinrichtungen 6 in einer Ebene E derart, dass sie sich in Richtung der Längsachse L überlappen. Das bewirkt, dass bei einem gedacht geraden Einfall von Wärmestrahlung entlang der Längsachse L die Wärmestrahlung jedenfalls eine Oberfläche einer Leiteinrichtung 6 einer Ebene Eitrifft und also nicht bis auf die darauffolgende Ebene Ei 1 durchstrahlt.

Die Leiteinrichtungen 6 wirken ähnlich wie Abschirmbleche einer Strahlungsabschirmung.

[0090] Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Leiteinrichtungen 6 der verschiedenen Ebenen Ei gleich ausgebildet. Die Leiteinrichtungen 6 benachbarter Ebenen Ei sind entlang der Längsachse L gespiegelt angeordnet. Der zweite Winkel entspricht hier dem Betrage nach dem ersten Winkel.

Durch diese bevorzugte Ausführungsform können für alle Leiteinrichtungen 6 die gleichen Bauelemente verwendet werden.

Die Leiteinrichtungen 6 können auch mehrere, zu verschiedenen Winkeln verlaufende Abschnitte aufweisen.

Auch brauchen die Leiteinrichtungen 6 nicht von ebenen Teilabschnitten gebildet sein, wie bei Beispiel der abgekanteten Blechstreifen.

Vielmehr sind auch gekrümmte Leiteinrichtungen 6 vorstellbar, insbesondere sinus-, wellen- oder kreis(segment)förmige Profilquerschnitte.

Der oder die Winkel des geneigten Abschnitts und die Form von Leiteinrichtungen 6 wird nach den Erfordernissen von Abschirmwirkung und / oder Durchströmbarkeit des Gasdurchlassmoduls 2 bemessen.

[0091] Die Abmessungen des Gasdurchlassmoduls 2 im gezeigten Ausführungsbeispiel mit quaderförmiger Grundform betrugen rund 400 x 400 mm Kantenlänge bei einer Tiefe t von rund 200 mm. Eine Breite eines Kanals K betrug rund 15 mm.

[0092] Figur 5 zeigt schematisch eine Leiteinrichtung 6 aus dem zuvor besprochenen Ausführungsbeispiel. Die Leiteinrichtung 6 ist als abgekanteter Blechstreifen ausgebildet.

[0093] Figur 6 zeigt schematisch eine Leiteinrichtung 6 in einer alternativen Ausführung. Die Leiteinrichtung 6 ist hier als Profil mit abschnittweiser Sinusform ausgebildet. Das heißt, im Querschnitt oder in einer Seitenansicht auf eine Stirnseite 61 weist die Leiteinrichtung 6 eine Sinusform auf.

[0094] Auch sind Mischformen von Leiteinrichtungen 6 möglich: Eine Leiteinrichtung 6 kann im Querschnitt aus geraden und gekrümmten Abschnitten zusammengesetzt sein. Ein Gasdurchlassmodul 2 kann außerdem verschieden geformte Leiteinrichtungen 6 umfassen.

[0095] Zum Strahlungsgang von Wärmestrahlung ist zu bemerken, dass dieser nicht, zumindest nicht ausschließlich, wie in der Optik gemäß Einfallswinkel £ Ausfallswinkel erfolgt. Vielmehr bilden heiße Oberflächen von Strahlungsblechen wie auch Leiteinrichtungen diffuse Strahler, die Wärmestrahlung in alle Raumrichtungen abgeben.

[0096] Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Gasdurchlassmoduls 2 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das hier gezeigte Ausführungsbeispiel umfasst mehrere Kassetten 21, die in einem stapelförmigen Zusammenbau das Gasdurchlassmodul 2 der Tiefe t bilden. Die Kassetten 21 weisen typischerweise Seitenwände 7 auf, zwischen denen sich die Leiteinrichtungen 6 erstrecken.

Das Gasdurchlassmodul 2 weist eine vordere Stirnseite 22 und eine hintere Stirnseite 23 auf. Die Seitenwände 7 sind vorzugweise Bleche aus Refraktärmetall. Die Leiteinrichtungen 6 sind an ihren Stirnseiten mit den Seitenwänden 7 verbunden. Als Fügetechnik sei beispielsweise Schweißen genannt. Die Leiteinrichtungen 6 könnten auch in entsprechend geformte Schlitze in den Seitenwände 7 gesteckt und über eine formschlüssige Verbindung fixiert werden. In der Zeichnung sind der Ubersichtlichkeit halber und rein schematisch nur drei Leiteinrichtungen 6 an der

vorderen der zwei gezeigten Kassetten 21 eingetragen. Eine Anordnung von Leiteinrichtungen 6 innerhalb einer Kassette 21 kann beispielsweise wie in Figur 4 gezeigt erfolgen. Die Kassetten 21 können zusätzlich Deckel 8 und / oder Böden 9 aufweisen.

[0097] Entlang der Seitenwände 7 lassen sich Kassetten 21 miteinander verbinden, wodurch Gasdurchlassmodule 2 verschiedener Abmessungen leicht realisiert werden können. Eine Verbindung kann etwa über Niete 71 erfolgen. Es können gleichartige oder verschiedene Kassetten 21 miteinander verbunden werden. Vorteilhaft ist weiter, dass die Leiteinrichtungen 6 in dieser Bauweise nicht eine gesamte Breite einer Offnung 5 in einer Strahlungsabschirmung 3 überspannen müssen. Vielmehr ist das Gasdurchlassmodul 2 über die Kassetten 21 in Segmente unterteilt.

[0098] Alternativ ist eine Anordnung von Kassetten 21 bezüglich der Längsachse L bzw. der Durchströmungsrichtung hintereinander möglich.

[0099] Figuren 8a-c zeigen verschiedene Ansichten eines Gasdurchlassmoduls 2 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel und dieses in verschiedenen Betriebszuständen.

Figur 8a zeigt eine Parallelperspektive (Kavalierperspektive) eines Ausschnitts eines Gasdurchlassmoduls 2, Figur 8b einen Querschnitt. Im vorliegenden Beispiel sind Leiteinrichtungen 6 über Bolzen 10 zwischen Seitenwänden 7 aufgehängt und beweglich gelagert. Die Richtung parallel zur Längsachse L entspricht der Abschirmrichtung R.

Figuren 8a und 8b zeigen einen geschlossenen Zustand des Gasdurchlassmoduls 2. In dieser Lage der Leiteinrichtungen 6 ist das Gasdurchlassmodul 2 Abschirmrichtung R gegenüber einer Durchströmung gesperrt und weist eine hohe Abschirmwirkung auf - vergleichbar mit einer konventionellen Abschirmung mit entsprechender Lagenanzahl.

Im Betriebszustand nach Figur 8c sind die Leiteinrichtungen 6 ausgelenkt und das Gasdurchlassmodul 2 gegenüber einer Durchströmung von Gas G entgegen der Abschirmrichtung R (also in negativer Abschirmrichtung R) offen. In der ausgelenkten Position ist der Strömungswiderstand vergleichbar mit dem einer einfachen Öffnung in der Strahlungsabschirmung.

Diese Konfiguration würde beispielsweise eine Beaufschlagung eines Prozessraums 4 mit Gas G erlauben, während das Gasdurchlassmodul 2 in (positiver) Abschirmrichtung R gegenüber Durchströmung sperrt. Es ist freilich auch der umgekehrte Fall darstellbar, worin die Leiteinrichtungen 6 in Abschirmrichtung R auslenkbar sind.

Jedenfalls kann über diese bewegliche Anordnung von Leiteinrichtungen 6 eine Ventilwirkung erzeugt werden.

Bevorzugt ist vorgesehen, in einem Gasdurchlassmodul 2 statische und bewegliche Leiteinrichtungen 6 zu kombinieren. Insbesondere günstig ist es, auf der „kalten“, also der im Einsatz einem Prozessraum 4 abgewandten Seite, bewegliche Leiteinrichtungen 6 vorzusehen, während auf der heißen Seite statische Leiteinrichtungen 6 zum Einsatz kommen. So kann eine Ventilwirkung erzeugt werden, ohne dass auf der heißen Seite eine mechanisch anfälligere bewegliche Aufhängung verwendet wird. Auch die beweglichen Leiteinrichtungen 6 sind bevorzugt aus Refraktärmetallen wie Molybodän oder Wolfram gefertigt.

[00100] Bei einem Einbau in einen Ofen ist bevorzugt, dass das Gasdurchlassmodul 2 von der Seite des Prozessraums 4 in die Strahlungsabschirmung 3 einsetzbar ist. Dadurch ist ein nachträglicher Tausch einfach möglich. Durch Tausch der Gasdurchlassmodule 2 kann die bevorzugte Gaseinströmungsrichtung angepasst werden. So ist es denkbar, damit die Abkühlung einer definierten Charge gezielt zu beeinflussen. Es können also durch unterschiedliche Gasdurchlassmodule 2 ganz andere Strömungsbedingungen in einem sonst baulich unveränderten Ofen erzeugt werden. Eine Lenkung und Fokussierung der Gasströmung ist möglich.

[00101] Beim Austausch können auch nur Teile eines Gasdurchlassmoduls 2, beispielsweise nur eine innenliegende Kassette 21, welche höheren Verschleiß zeigt, getauscht werden. Dadurch, dass nicht immer das gesamte Gasdurchlassmodul 2 oder gar die gesamte Rückwand getauscht werden muss, ergibt sich eine Kosten- bzw. Ressourcenersparnis. Zur Verlängerung der Lebensdauer können die Kassetten 21 auch getauscht oder gedreht werden (z.B. nach einem Rotationsprinzip innen nach außen, bzw. um 180° um die vertikale Achse).

[00102] Figuren 9a und 9b zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Gasdurchlassmodulen 2 in

perspektivischer Darstellung. Der Übersichtlichkeit halber werden gleiche Elemente kennzeichnende Bezugszeichen nicht in allen Figuren eingetragen. Die kreiszylindrischen Gasdurchlassmodule 2 sind mittig und parallel zur Längsachse L geschnitten dargestellt, sodass jeweils ein Halbzylinder einer Tiefe t zu sehen ist. In den Ausführungsbeispielen sind die Gasdurchlassmodule 2 einstückig ausgeführt, derart dass Leiteinrichtungen 6 integral mit Wandungen 72 ausgebildet sind. Diese Ausbildung ist insbesondere über additive Fertigung zu erzielen. In der vorliegenden Ausbildung formen Leiteinrichtungen 6 und Wandungen 72 Kanäle K, die sich durchgehend zwischen den Stirnseiten des Gasdurchlassmoduls 2 erstrecken. Vorliegend weisen die Kanäle K eine geschwungene Form auf, wie in dem Schnitt an der Kontur der Stirnseite 61 einer Leiteinrichtung 6 ersichtlich. Die monolithische Ausbildung, zusammen mit dem durchgehenden, insbesondere kantenfreien Verlauf der Kanäle K sorgt für eine besonders widerstandsarme Durchströmbarkeit des Gasdurchlassmoduls 2. Besondere Vorteile einer Ausbildung der Gasdurchlassmodule 2 über additive Fertigungsverfahren sind:

- dünne realisierbare Wandstärken > geringe Wärmeleitungsverluste

- komplexe stapelbare Geometrie > hohe Abschirmwirkung bei geringer Bautiefe

- strömungstechnisch vorteilhafte Auslegung => erlaubt beispielsweise eine Fokussierung

der Gasströmung - einstückige Lösung > geringer Aufwand im Zusammenbau - geometrisch flexible Gestaltung > anpassbar an unterschiedliche Formen der Gaseintritts- und Austrittsöffnung

[00103] Insbesondere sind die von Leiteinrichtungen 6 und Wandungen 72 gebildeten Kanäle umfänglich geschlossen. In dieser Weiterbildung besteht also keine Fluidkommunikation zwischen Kanälen K.

[00104] Zusammenfassend ist festzustellen, dass sich durch die Ausbildung der Gasdurchlassmodule 2 über additive Fertigungsverfahren vorteilhaft besonders „viele Wände“ entlang einer Bautiefe realisieren lassen, was eine hohe Abschirmwirkung erzeugt.

Gleichzeitig kann durch strömungstechnisch günstige Ausbildung der von Leiteinrichtungen 6 und Wandungen 72 gebildeten Kanäle ein geringer Strömungswiderstand eingestellt werden.

[00105] Grundsätzlich könnten Verbindungen zwischen Kanälen K über Öffnungen in Leiteinrichtungen 6 und / oder Wandungen 72 ausgebildet werden. Strömungstechnisch günstiger jedoch ist ein störungsfreier Verlauf der Kanäle K.

[00106] Bevorzugt ist es, wenn der gekrümmte Verlauf der Kanäle K über die Tiefe t des Gasdurchlassmoduls 2 genau einen Scheitelpunkt aufweist. Damit soll ausgedrückt werden, dass nicht unnötig viele Umlenkungen einer Strömung erfolgen. Dennoch kann so eine gute Abschirmwirkung sichergestellt werden. Es versteht sich, dass das Maß der Krümmung, die Amplitude des Krümmungsverlaufs und die lichte Weite eines Kanals K so abgestimmt werden, dass keine direkte Durchstrahlung erfolgt.

[00107] Wie auch zu zuvor diskutierten Ausführungsbeispielen, kann auch für die Variante von einstückig ausgeführten Gasdurchlassmodulen 2 ein Maß für eine offene „Porosität“ angegeben werden. Die Wandstärken betragen bei einstückig ausgeführten Gasdurchlassmodulen 2 bevorzugt zwischen 0,1 mm und 0,5 mm. Werte darunter sind es aus mechanischen Gründen nicht sinnvoll.

Dicke Wandstärken führen zu höherer Wärmeleitung und erhöhen die Fertigungskosten, da mehr Material eingesetzt wird.

Ein freier Strömungsquerschnitt beträgt bevorzugt größer 80% eines Querschnitts des Gasdurchlassmoduls 2.

Ein konkretes Beispiel eines additiv gefertigten Gasdurchlassmoduls 2 wies folgende Abmessungen auf:

Die Wandstärke der Leiteinrichtungen 6 lag bei 0,15 mm. Der Radius des Gasdurchlassmoduls 2 betrug 25 mm, wobei entlang der radialen Richtung fünf Wände entlang des Radius zu Liegen

kamen. Damit lag ein freier Strömungsquerschnitt bei rund 98% bezogen auf den Querschnitt des Gasdurchlassmoduls 2. Eine Kanalbreite lag bei rund 5 mm.

Auf das gesamte Volumen des Gasdurchlassmoduls 2 bezogen, liegt die offene „Porosität“ naturgemäß etwas niedriger, da in obiger Rechnung eine gegebenenfalls stärkere Mantelschicht sowie Wandungen 72 nicht berücksichtigt sind.

[00108] An den Ausführungsbeispielen von Figuren 9a und 9b erkennt man im Längsschnitt weiters, dass die Kanäle K in radialer Richtung - r - im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. In anderen Worten bilden die im Schnitt liegenden Stirnseiten 61 der Leiteinrichtungen 6 eine Schar im Wesentlichen paralleler Kurven. Die Wandungen 72 verlaufen eben und radial. Bildlich ausgedrückt, bestehen in einem Zylindersektor (Tortenstück) radial gestapelte, sinusförmige Kanäle K, die nach radial außen breiter und / oder mehr werden.

[00109] Im Ausführungsbeispiel nach Figur 9b bestehen mehr Wandungen 72, das heißt, das Gasdurchlassmodul 2 ist in Zylindersektoren kleinerer OÖffnungswinkel als das Beispiel nach Figur 9a geteilt.

Die kleinere Kanalgröße bewirkt eine vergleichbare Abschirmwirkung wie im vorherigen Ausführungsbeispiel bei geringerer Bautiefe (damit geringerer Materialbedarf, geringere Kosten), jedoch höherem Strömungswiderstand.

[00110] Die Ausführungsbeispiele nach Figuren 10a und 10b sind ebenfalls einstückige Varianten von Gasdurchlassmodulen 2.

Gegenüber den Ausführungsbeispielen von Figuren 9a und 9b ist hier die Anordnung der Kanäle K anders:

Betrachtet man die zylindrische Grundform des Gasdurchlassmoduls 2 als schalenförmige Anordnung von Hohlzylindern (Kreisringzylindern), dann sind hier die Kanäle K jeweils innerhalb eines Hohlzylinders und parallel zueinander in Umfangsrichtung U angeordnet. Gegenüber der Ausführung nach Figur 9 erfolgt hier die Nutzung des kompletten Querschnitts. Beim Design nach Fig. 9 verschenkt man Volumen im Zentrum und am Rand, da dieses nicht durchströmt werden kann.

[00111] Diese Ausprägung von einstückigen Gasdurchlassmodulen 2 ist besonders vorteilhaft wegen der geringen Querschnittsvariation der Kanäle K. Die Kanäle K sind insbesondere kantenfrei. Insbesondere weisen die Kanäle K über eine Tiefe t des Gasdurchlassmoduls 2 einen gleichbleibenden Querschnitt auf. Insbesondere günstig ist dies über additive Fertigungsverfahren darstellbar.

[00112] In einer Weiterbildung können lokal unterschiedliche Kanalgrößen vorgesehen werden, z.B. im Zentrum größere Kanäle, um beim Einsatz in einer Rohrströmung den lokalen Strömungswiderstand für auf den parabelförmigen Verlauf der Strömungsgeschwindigkeit einer Rohrströmung anzupassen.

[00113] Als Wandstärken der Leiteinrichtungen 6 haben sich Werte zwischen 0,1 mm und 0,5 mm als vorteilhaft erwiesen.

Zur Herstellung von einstückigen (monolithischen) Gasdurchlassmodulen 2 wird bevorzugt ein additives Fertigungsverfahren herangezogen. Insbesondere wird das LPBF-Verfahren vorgeschlagen.

[00114] Figuren 11a und 11b zeigen jeweils einen einzelnen Kanal K aus dem Ausführungsbeispiel nach Figur 9a. In Figur 11a ist der Kanal K intransparent dargestellt, in Figur 11b ist der gleiche Kanal K teil-trransparent dargestellt. Wie bereits zur Figur 9a beschrieben, ist ein Kanal von Wandungen 72 und Leiteinrichtungen 6 gebildet. In dieser Ausführung erstrecken sich die Wandungen 72 eben in radialer Richtung r. Das Ausführungsbeispiel von Figur 9a umfasst in einem Zylindersektor (Tortenstück) radial gestapelte, gekrümmte, insbesondere sinusförmige Kanäle K, die nach radial außen ersichtlich breiter und / oder mehr werden.

Ein Kanal K ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sich kein Pfad - und damit kein Strahlungsgang - parallel zur Längsachse L des Gasdurchlassmoduls 2 darstellen lässt, der berührungsfrei durch den Kanal K verläuft. In anderen Worten hat der Kanal K einen gekrümmten Verlauf derart, dass

der Kanal K blickdicht ist und somit einen direkten Strahlungsdurchgang in einer Abschirmrichtung verhindert.

Insbesondere ist kein gerader Pfad durch den Kanal K legbar, der keine Wandung des Kanals K schneidet.

[00115] Figuren 12a und 12b zeigen jeweils einen einzelnen Kanal K aus dem Ausführungsbeispiel nach Figur 10a. In Figur 12a ist der Kanal K intransparent dargestellt, in Figur 12b ist der gleiche Kanal K teil-trransparent dargestellt.

Auch hier ist vorgesehen, dass der Kanal K einen gekrümmten Verlauf aufweist derart, dass kein berührungsfreier, zur Längsachse L paralleler Pfad durch den Kanal K festlegbar ist. Berührungsfrei würde bedeuten, dass der Pfad ohne Berührung einer Wandung des Kanals K durch das Gasdurchlassmodul 2 verläuft.

[00116] Vorzugweise sind alle Kanäle K eines Gasdurchlassmoduls 2 so ausgeführt, dass sie keinen direkten Strahlungsdurchgang erlauben.

Figur 13 zeigt schematisch und stark vereinfacht das Prinzip einer additiven Fertigung eines Gasdurchlassmoduls 2. Dargestellt ist eine Herstellung über das LPBF-Verfahren mit Erschmelzung durch Laserstrahlung.

Der Grundwerkstoff wird in Pulverform auf einer Grundplatte aufgetragen.

Das Pulver P wird durch Einwirkung eines Laserstrahls LS an den Orten der späteren Wandungen erschmolzen. Nach der Erstarrung ist ein fester Materialverbund hergestellt. Die Grundplatte wird abgesenkt (durch den Blockpfeil „Z“ symbolisiert) und erneut eine Lage Pulver P aufgezogen. Der Vorgang wird wiederholt, bis das Bauteil erhalten ist.

Auf diese Weise können besonders vorteilhafte Geometrien von Kanälen K von Gasdurchlassmodulen 2 dargestellt werden.

[00117] Figur 14 illustriert ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gasdurchlassmoduls 2 mit serieller Anordnung von Kassetten 21 bezüglich der Längsachse L.

Gemäß dieser Variante bilden Wandungen 7, in diesem Beispiel jeweils vier Wandungen 7, einen Rahmen, in welchem sich die Leiteinrichtungen 6 lamellenartig erstrecken. In dem Beispiel ist das Gasdurchlassmodul 2 von zwei Kassetten 21 gebildet, die in Serie entlang der Längsachse L eine Tiefe t ergeben.

Vorteilhaft ist ein Versatz der Leiteinrichtungen 6 in hintereinander folgenden Kassetten 21. Vorliegend ist die Orientierung der Leiteinrichtungen 6 in hintereinander folgenden Kassetten 21 gespiegelt, sodass eine Umlenkung bei einer Durchströmung erfolgt.

Claims (15)

Ansprüche

1. Gasdurchlassmodul zum Einbau in eine Strahlungsabschirmung (3) eines Hochtemperaturofens (1), wobei das Gasdurchlassmodul (2) eine Vielzahl flächiger, voneinander beabstandeter Leiteinrichtungen (6) aufweist, die sich zumindest teilweise zwischen zwei gegenüberliegenden Wandungen (7, 72) erstrecken, wobei zumindest ein Teil der Leiteinrichtungen (6) mit zumindest einem Teil der Wandungen (7, 72) entlang einer Längsachse (L) des Gasdurchlassmoduls (2) zumindest zeitweise und/oder zumindest abschnittsweise wenigstens einen für Gas (G) durchströmbaren Kanal (K) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtungen (6) zumindest zeitweise und/oder zumindest abschnittsweise schräg zur Längsachse (L) verlaufen derart, dass ein direkter Strahlungsdurchgang durch das Gasdurchlassmodul (2) im Wesentlichen verhindert wird.

2, Gasdurchlassmodul (2) nach Anspruch 1, wobei das Gasdurchlassmodul (2) entlang der Längsachse (L) zumindest zu 90% blickdicht ist.

3. Gasdurchlassmodul (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein freier Strömungsquerschnitt (b) wenigstens 30% eines Querschnitts des Gasdurchlassmoduls (2) beträgt.

4. Gasdurchlassmodul (2) nach einem der Ansprüche 1-3, wobei zumindest ein Teil von Leiteinrichtungen (6) als in ihrer Ausrichtung veränderbar ausgeführt ist.

5. Gasdurchlassmodul (2) nach einem der Ansprüche 1-4, wobei das Gasdurchlassmodul (2) mehrere Kassetten (21) umfasst, die entlang der Längsachse (L) in Serie und / oder quer zur Längsachse (L) parallel zueinander angeordnet sind.

6. Gasdurchlassmodul (2) nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das Gasdurchlassmodul (2) einstückig ist, derart dass Leiteinrichtungen (6) integral mit Wandungen (7) ausgebildet sind.

7. Gasdurchlassmodul (2) nach Anspruch 6, wobei Leiteinrichtungen (6) zusammen mit Wandungen (7) geschlossene Kanäle (K) bilden, die sich durch das Gasdurchlassmodul (2) erstrecken.

8. Gasdurchlassmodul (2) nach Anspruch 7, wobei zumindest ein Teil der Kanäle (K) einen gekrümmten Verlauf entlang der Längsachse (L) des Gasdurchlassmoduls (2) aufweist, derart dass kein berührungsfreier, zur Längsachse (L) paralleler Pfad durch den Kanal (K) festlegbar ist.

9. Gasdurchlassmodul (2) nach einem der Ansprüche 1-8, wobei ein Volumen des Gasdurchlassmoduls (2) höchstens zu 20% von Material erfüllt ist.

10. Gasdurchlassmodul (2) nach einem der Ansprüche 1-9, wobei zumindest ein Teil der Leiteinrichtungen (6) aus Refraktärmetall oder einer Refraktärmetall-Legierung gebildet ist.

11. Gasdurchlassmodul (2) nach einem der Ansprüche 1-10, wobei zumindest ein Teil der Leiteinrichtungen (6) aus Graphit oder Keramik ausgeführt ist.

12. Strahlungsabschirmung (3) für einen Hochtemperaturofen (1), wobei die Strahlungsabschirmung (3) eine Offnung (5) aufweist, in die ein Gasdurchlassmodul (2) nach einem der Ansprüche 1-11 eingesetzt ist.

13. Hochtemperaturofen (1) mit einer Strahlungsabschirmung (3), die einen Prozessraum (4) umgibt und gegenüber einer Ofenwandung (11) thermisch isoliert, wobei die Strahlungsabschirmung (3) eine Öffnung (5) aufweist, in die ein Gasdurchlassmodul (2) nach einem der Ansprüche 111 eingesetzt ist.

14. Verwendung eines Gasdurchlassmoduls (2) nach einem der Ansprüche 111 als Gasdüse für einen Ein- oder Auslass von Gas (G) in einem Hochtemperaturofen (1).

15. Verfahren zur Herstellung eines Gasdurchlassmoduls (2) nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1-11 durch ein additives Fertigungsverfahren.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen