EP2926623A1 - Heizelement und prozessheizer - Google Patents

Heizelement und prozessheizer

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EP2926623A1
EP2926623A1 EP15705240.8A EP15705240A EP2926623A1 EP 2926623 A1 EP2926623 A1 EP 2926623A1 EP 15705240 A EP15705240 A EP 15705240A EP 2926623 A1 EP2926623 A1 EP 2926623A1
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EP
European Patent Office
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heating
heating element
tube
element according
gas
Prior art date
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EP15705240.8A
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EP2926623B2 (de
EP2926623B1 (de
Inventor
Markus Mann
Michael Kramer
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Alleima GmbH
Original Assignee
Sandvik Materials Technology Deutschland GmbH
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Publication date
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Application filed by Sandvik Materials Technology Deutschland GmbH filed Critical Sandvik Materials Technology Deutschland GmbH
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Application granted granted Critical
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Publication of EP2926623B2 publication Critical patent/EP2926623B2/de
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    • H05B2203/022—Heaters specially adapted for heating gaseous material

Definitions

  • the present invention relates to a heating element for heating gases to high temperatures, comprising at least one tube 1 designed for the passage of hot gas or gas and an electric heating wire in the tube, which is used to transfer heat to the heating wire passing gas is designed.
  • the present invention also relates to a process heater having a housing with a gas supply and a gas outlet, a heating space between gas supply and gas outlet for receiving a heating element and electrical connections for at least one heating element,
  • Corresponding heating elements have long been known. They consist, as already mentioned, of at least one pipe to be flowed through by gas, which is open on both sides for the purpose of flowing through, wherein in the pipe a heating wire is arranged, at which the gas flows past and through the direct contact with the heating wire heated.
  • heating wires helically wound, fine wires whose cross-section is much smaller than the pipe cross-section and are flowed through by electricity and heat thereby.
  • the electrical energy converted into heat by the heating wire naturally depends on the available electrical voltage and the resistance of corresponding heating wires, whereby the length of a coiled wire can be adapted to achieve desired resistance values or several corresponding heating wires can be connected in parallel or in series.
  • the heat energy transferred to the gas flowing along the heating wire depends on the maximum temperature reached by the heating wire, on the flow velocity and on the surface available for heat exchange as well as on the exact flow conditions in the heating element.
  • the maximum gas temperatures which can be reached regularly in continuous operation with such process heaters in practice, are in the order of 700 ° C.
  • heating wire typically contains aluminum in small amounts, contact with oxygen initially results in the formation of a protective aluminum oxide layer around the wire.
  • a large surface-to-volume ratio of the heating wires is considered advantageous for an effective transmission of the heat energy generated in the heating wire on the gas flowing past, so far the short life of such heating elements is accepted when gas temperatures in the range of 900 ° C or above.
  • Process heaters and heating elements which generate gas temperatures of 900 ° C or even above, but for the aforementioned reasons regularly have only a service life of a few hours.
  • the object of the present invention is to provide a process heater and a corresponding heating element which permit the generation of gas temperatures of up to 1000 ° C. or even higher, so that extremely large amounts of energy can be transferred to the gas and nevertheless remain relatively long Lifetime, which is at least 10 times the life of conventional heating coils in the generation of gas temperatures up to 1000 ° C usually.
  • This object is achieved in that the heating wire is formed as extending along the tube axis heating rod whose maximum clear distance to the inner wall of the tube over at least 80% of the circumference and / or at least 80% of the overlap length of the tube and heater a value of 10 mm does not exceed.
  • the heating wire is not a coiled wire whose material cross-section is substantially smaller than that of the tube, but rather a rod, for which in turn one can define a corresponding longitudinal axis which extends substantially along or parallel to the axis of the tube and while the tube fills so far that between the heating rod and tube wall remains only a relatively small, clear distance which is at most 10 mm and preferably still significantly less, even if he punctually, ie in areas less than 20% of the overlap length of pipe and Heater or make up less than 20% of the circumference of the heater can be greater.
  • the term "heating wire” is therefore used in the present description as a generic term for both relatively thin coiled wires and for heating rods according to the present invention, wherein the different thickness is not the primary distinguishing criterion.
  • the maximum clear distance between the heating element and the tube is between 1 and 2 mm in many practical cases, slightly above or below it down to minimum values of 0.02 mm.
  • the maximum diameter of the heating element is rarely more than 10 mm, because even larger diameters, the efficiency of energy transfer significantly decreases because of a relatively large volume / surface ratio of the heating element, which can only be partially compensated by a larger Rohrund Walkerstabus. In principle, however, the use of heating elements with larger diameters is possible, although not preferred.
  • a diameter range for heating rods apparently favorable in practice for the purposes of the present invention is between 0.5 mm and 5 mm.
  • pipe is to be interpreted broadly in the sense of the present invention and ultimately only defines a cavity with an inlet and an outlet opening, which allow a flow of gas to be heated, not even the cross-section being constant over the length of the pipe. even if this is of course preferred in order to produce a largely constant gap, in particular a constant annular gap, between the heating rod and the tube wall by simple means
  • the annular gap can be defined by elevations which are distributed over the circumference on the heating rod surface or on the inner surface of the tube are arranged to be interrupted in order to allow a centering of the heating element and to ensure a homogeneous heat transfer.
  • through-holes in a solid block are also considered to be tubes, such a block having a multiplicity of parallel bores.
  • the heating rods according to the present invention are relatively thick compared to the coiled wires in corresponding tubes of conventional heaters, they can heat internally. transfer and distribute what helps prevent local overheating, and they have for this reason at high thermal stress or high heating rod temperatures beyond 1000 ° C a significantly longer life and durability or allow only the heating of gases to over 1000 ° C with metallic electric heating elements.
  • An alternative condition instead of the maximum clear distance between the heating element and the tube can be expressed by a minimum ratio of the cross-sectional area of the heating element to the free inner cross section of the tube.
  • the heater should, at least as far as it extends within the pipe, have a cross-sectional area which is at least 30% and more preferably at least 50% of the free pipe cross-section.
  • this aspect ratio was about 80%, wherein the maximum clear distance was 0.2 to 0.5 mm and a correspondingly uniform annular gap between the heating element and the tube wall about 0.1 to 0.25 mm amounted to.
  • the preferred proportions between the cross section of the heating element and the inner cross section of the tube are expediently in the range of 0.2 to about 0.95.
  • a cross-sectional ratio of 0.2 results, for example, in a very thin heating rod diameter of 0.2 mm and a tube diameter of 0.45 mm ,.
  • a cross-sectional ratio of 0.9 is obtained, for example, with a heater rod diameter of about 4.75 mm in a tube with 5 mm inner diameter, wherein it does not matter in terms of the cross-sectional ratios on the unit or on the absolute dimensions, as long as the Schustab screenmesser within the above and below ranges.
  • a preferred range of cross-sectional ratios is between 0.3 and 0.8, corresponding to a diameter ratio of between about 0.5 and 0.9 with absolute diameters of the heating rods between 0.5 and 5 mm.
  • the annular gap along the circumference of the heating element also does not necessarily have to have a constant width, but can vary between 0 (contact) and the maximum value (in the case of circular cross sections, ie twice the uniform gap width.
  • the absolute pipe diameter and Wienstab preparedr can vary widely, for example between an inner diameter of the tube from 1 mm to 20 mm or more, z. B. 60 mm, again depending on the other dimensions, such as the length of tube and heater, the desired width of the annular gap, the gas flow rate and the electrical resistance of the heater and the available voltage.
  • the heating rod has a correspondingly smaller diameter for small pipe diameters, and in an extreme case also 0.5 mm or less, e.g. May be 0.2 mm. He is so compared to conventional helical wires or Schufilraitn but still significantly thicker and especially not coiled, but extends parallel to the tube axis and along the tube axis.
  • heating element of a heating element according to the present invention is usually also thicker than the heating wires in conventional heating elements with the same tube cross-section and a heating element in the overall comparable heating element according to the prior art.
  • the heating element is arranged as accurately as possible in the center of the tube, wherein the outer cross section of the heating element substantially coincides with the shape of the inner cross section of the tube, resulting in the result that the annular gap between the heating element and inner wall of the tube has a substantially constant width Has.
  • the inner surface of the tube and / or the outer surface of the heating element could also be structured, i. For example, have a running in the longitudinal direction of the rod and the tube rib or groove structure, which may also have a small helix angle. For a given annular gap width, such superficial structures may extend the laminar flow region to larger gas flow rates.
  • the concrete width of the annular gap always represents a compromise between maximum heat energy transfer and pressure loss at the desired gas flow rate. That is, the narrower the annular gap, the more effective is the heat transfer from the heating element to the gas flowing between the heating element and the tube, with a narrow gap but also limits the gas flow and / or requires a large pressure difference between inlet and outlet. In addition, the reasonable width of the annular gap but also depends on the length of the tube and also from the converted in the heating element electric heating power.
  • the average width of the annular gap is about 0.1 mm, in another example, 0.2 mm but it is not always possible to really concentrically arrange the heating element in a tube, so that the annular gap width at least at some axial positions in the circumferential direction can vary between zero and twice the average annular gap width.
  • spacers are therefore provided at some positions along the circumference and / or over the length, which center the heating element in the tube.
  • the spacers may be integrally formed with the heating element or the tube and are in particular designed so that they impede the gas flow between the heating element and the pipe as little as possible.
  • the spacers are preferably made of heat-resistant ceramic and are ideally realized via the tube geometry.
  • heating rod and tube are arranged coaxially with each other, d. H. their axes collapse.
  • the heating element and the tube but by no means have a circular cross section, they could for example also have the cross section of a preferably equilateral polygon and it could, for example, a pipe with hexagonal or octagonal cross-section or outer contour, which receives a cylindrical heating element.
  • a square or hexagonal outer contour of the tubes allows a very compact arrangement of the tube bundle and a resulting minimal bypass flow between the tubes.
  • a plurality of parallel tubes are combined to form a tube package and the heating element, more precisely the heating rods of the individual tubes of the tube package have the shape of a meandering passed through the heating wire, which is inserted at the end of a tube and from the outlet side
  • a tube package can consist of several groups of tubes, which are each traversed by a single continuous heating wire. Should it be the electrical see connecting power required, has proven to be a division into several electrical zones, which allow a connection in delta or star connection.
  • a tight packing of such tubes is arranged in a common housing, wherein between the housing wall and the outside of the dense packing of individual tubes additionally insulating material is arranged.
  • the insulating material is preferably a high temperature resistant, ceramic material which has sufficient stability for the production of dimensionally stable tubes. Between a plurality of parallel tubes bundled together, a high temperature resistant ceramic insulating material such as sold by the assignee under the trade name "Fibrothal" can be arranged.
  • the tubes should consist of an insulating and high-temperature-resistant ceramic, which in particular aluminum oxide (AI203) comes into consideration.
  • the heating element is preferably made of an iron-chromium-aluminum alloy or of a nickel-chromium-iron alloy.
  • a thicker heating rod in turn consist of a bundle of parallel, possibly also twisted together individual rods or wires, in such an embodiment, the above-defined clearance by the clearance of an envelope of the bundle of rods or wires to the inner wall of the tube is defined.
  • the heating element may have a diameter in the range of 0.2 to 50 mm, preferably between 0.5 and 10 mm.
  • FIG. 1 shows a frontal plan view of a heating element, which consists of a bundle of tubes with passed heating rods.
  • FIG. 2 shows a side view of the heating element according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a sectional view with a section along the longitudinal axis of a complete process heater with a heating element according to the invention and a housing with connections for gas and electricity and an insulation
  • FIG. 4 shows an end view from the left onto the process heater according to FIG. 3.
  • Figure 5 shows a section through a heating element according to Figures 1 and 2 and
  • FIG. 6 shows again schematically a process heater with the position of the section line of FIG. 5
  • FIG. 1 shows a dense packing of tubes 1 in a hexagonal arrangement, through which heating rods 2 are passed.
  • the tubes 1 are made of alumina ceramic and have an inner diameter of about 1, 7 mm, and an outer diameter of about 2.7 to 2.8 mm, resulting in a wall thickness of the tubes 1 of about 0.5 to 0.55 mm results.
  • the heating elements are here formed by a continuous heating wire with a diameter of about 1, 5 mm, which is alternately passed in opposite directions through a plurality of tubes of this tube package, wherein the heating element marked 2a marked the insertion side of the heating wire in the tube 1 a marked, which is then returned through the pipe 1 b back into the tube 1 c reintroduced and passed in this way through a plurality of tubes and substantially parallel to the axis until finally the end of the wire in the form of the heating element 2z the tube 1 z exits again.
  • thermocouples or other thermometers serve, while the central tube may have, for example, a centering 4, with the aid of which from the tube package and the passed heating wire existing heating element 10 can be centered in the housing of a process heater.
  • FIG. 2 is a side view of the package or hexagonal packing of tubes according to FIG. 1.
  • the length I of the tubes 1 is, for example, between 150 and 500 mm, while the length L of the entire heating element 10 (without the protruding terminal ends 2a and 2z) is greater by approximately 4-5 mm for the dimensions of tubes 1 and heating rods 2 indicated here ,
  • FIG. 3 shows a complete process heater 100 with a tubular housing 6, a gas supply pipe 7, a gas outlet nozzle 9 with outlet pipe 8 and a mounting flange 13, which in turn is mounted on a power supply flange 14.
  • the gas supply pipe 7 opens into a cylindrical cavity 18 through which two parallel power supply pipes 16 extend, of which in the side view of Figure 3 only one is recognizable.
  • the power supply pipes form a passage for the connection of the wire ends 2a and 2z with electrical connection contacts on the electrical connection flange 14.
  • the heating element 10 which consists of a tube package, for example according to Figures 1 and 2, is received in the center of the tubular housing 6, wherein between the Inner wall of the tubular housing 6 and the heating element 10 is a high-temperature resistant, ceramic insulating material 17 is arranged, which typically consists of two heating elements 10 from opposite sides enclosing half shells 17a, 17b (see Figure 5), the inner contour of the outer contour of the heating element 10 is adjusted , Alternatively, the half shells can also together form a simple cylindrical tube, in which case the remaining spaces between the heating element 10 are stuffed with present in loose fiber composite insulating material, which also fills the spaces between the tubes 1, 3 otherwise.
  • the gas inlet side of the heating element 10 could also have a corresponding perforated, circular cover, the diameter of which corresponds to the maximum outer diameter of the tube assembly of the heating element 10 and which has holes only at the position of the tubes or pipe openings and thus the Cover the entire face of the pipe pack, except for the holes, before passing the heating wire through the pipes.
  • Such a cover plate could consist of the same ceramic insulating material as is also used for the half-shells 17a, 17b between the housing and heating element 10 and sold by the applicant under the trade name "Fibrothal.”
  • the ends 2a and 2z of the heating wire or the Heating rods 2 are connected by the insulating connecting tubes 16 with external electrical connections 12, which are mounted on the supply flange 14 via a compression fitting 1 1.
  • the variant of a process heater shown here is designed for a Schustab- or- Walkerdraht designedmesser of about 1, 5 mm for a heating power of 3.5 kW, the clear inner tube diameter between about 1, 7 and 2.2 mm can be and the heating wire or rods consist of an iron-chromium-aluminum alloy. Suitable heating wires are marketed by the applicant under the trade name "NICROTHAL.” It goes without saying that corresponding process heaters can be dimensioned arbitrarily so that the power range can range from a few watts or a few 100 watts and 100 or more kilowatts.
  • the gas to be heated is supplied through the connection 7 and arrives in a substantially cylindrical antechamber 18, which is otherwise still separated from the two insulating tubes 16 of FIG Power connection is traversed and flows into the open annular gaps 5 between the tubes 1 and the heating wires 2 in and through the tubes, and then exit through the nozzle 9 and the outlet tube 8 from the process heater. It goes without saying that you can also switch several heating elements or process heaters axially one behind the other.
  • FIG. 4 is still an end view of the process heater according to FIG. 3 from the left, again recognizing the nozzle 9 with the outlet end 8, as well as the housing 6, the gas supply pipe 7 and the connecting flange 13.

Abstract

Heizelement zum Erhitzen von Gasen auf hohe Temperaturen, mit mindestens einem für die Durchströmung von zu erhitzendem Gas eingerichteten Rohr (1) und einem elektrischen Heizdraht in dem Rohr, welches für die Übertragung von Wärme auf an dem Heizdraht vorbeiströmendes Gas ausgelegt ist. Um einen Prozessheizer und ein entsprechendes Heizelement bereitzustellen, die eine Erzeugung von Gastemperaturen bis zu 1000 °C oder auch darüber erlauben und dennoch eine relativ lange Standzeit haben, die bei der Erzeugung von Gastemperaturen bis 1000°C in der Regel mindestens das 10-fache der Lebensdauer herkömmlicher Heizwendeln beträgt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Heizdraht als sich entlang der Rohrachse erstreckender Heizstab (2) ausgebildet ist, dessen maximaler lichter Abstand zu der Innenwand des Rohres über mindestens 80% des Umfanges und/oder mindestens 80% der Überlappungslänge von Rohr und Heizstab einen Wert von 10 mm nicht übersteigt.

Description

Heizelement und Prozessheizer
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizelement zum Erhitzen von Gasen auf hohe Temperaturen, mit mindestens einem für die Durchströmung von heißem bzw. zu erhitzendem Gas ausge- legten Rohr 1 und einem elektrischen Heizdraht in dem Rohr, welcher für die Übertragung von Wärme auf an dem Heizdraht vorbeiströmendes Gas ausgelegt ist.
Ebenso betrifft vorliegende Erfindung auch einen Prozessheizer mit einem Gehäuse mit einer Gaszufuhr und einem Gasauslass, einem Heizraum zwischen Gaszufuhr und Gasauslass zur Aufnahme eines Heizelementes und elektrischen Anschlüssen für mindestens ein Heizelement,
Entsprechende Heizelemente sind seit langem bekannt. Sie bestehen, wie bereits erwähnt, aus mindestens einem von Gas zu durchströmenden Rohr, das zum Zwecke der Durchströmung beidseitig offen ist, wobei in dem Rohr ein Heizdraht angeordnet ist, an welchem das Gas vorbei- strömt und sich durch den direkten Kontakt mit dem Heizdraht erhitzt.
Üblicherweise werden als Heizdrähte wendeiförmig aufgewickelte, feine Drähte verwendet, deren Querschnitt sehr viel kleiner als der Rohrquerschnitt ist und die von Strom durchflössen werden und sich dadurch erhitzen. Die durch den Heizdraht in Wärme umgesetzte elektrische Energie hängt selbstverständlich ab von der zur Verfügung stehenden elektrischen Spannung und dem Widerstand entsprechender Heizdrähte, wobei man zur Erzielung gewünschte Widerstandswerte die Länge eines gewendelten Drahtes entsprechend anpassen oder mehrere entsprechende Heizdrahte parallel oder auch in Reihe schalten kann. Die auf das an dem Heizdraht entlangströmende Gas übertragene Wärmeenergie hängt dabei selbstverständlich ab von der maximalen Temperatur, welche der Heizdraht erreicht, von der Strömungsgeschwindigkeit und von der zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehenden Oberfläche sowie auch den genauen Strömungsverhältnissen in dem Heizelement. Die maximalen Gastemperaturen, die man im Dauerbetrieb mit derartigen Prozessheizern in der Praxis regelmäßig erreichen kann, liegen in der Größenordnung von 700 °C.
Es werden zwar vereinzelt auch Heizelemente bzw. Prozessheizer angeboten, die eine Erzeugung von höheren Gastemperaturen bis zu etwa 900 °C erlauben, jedoch haben diese nur äußerst kurze Standzeiten. Bei den für viele Prozesse erforderlichen Gasströmungsraten hat der Heizdraht selbst notwendigerweise immer eine mehr oder weniger deutlich über der Gastemperatur liegende Temperatur, wobei bereits kleinste Inhomogenitäten in dem Heizdraht bzw. in dessen Querschnitt oder auch allein ungünstige lokale Strömungsbedingungen und Turbulenzen dazu führen können, dass sich einige Abschnitte des Heizdrahtes stärker erhitzen als der übrige Teil, was dann schnell zum Bruch und Versagen der Heizdrahte führt. Da der Heizdraht typischerweise in kleinen Mengen Aluminium enthält, führt der Kontakt mit Sauerstoff zunächst zur Ausbildung einer schützenden Aluminiumoxidschicht um den Draht. Nach Verbrauch des Aluminium-Anteils, reagieren jedoch andere Legierungsbestandteile wie Eisen und Chrom mit dem Sauerstoff, was im Allgemeinen das Ende der Lebensdauer des Heizdrahtes bedeutet. Sonstige chemische Reaktionen des zu erhitzenden oder heißen Prozessgases mit dem Material des Heizdrahtes können das Versagen bzw. Brechen der Heizdrähte noch beschleunigt. Kleine Unregelmäßigkeiten in dem Material oder Querschnitt des Heizdrahtes aufgrund chemischer Veränderungen führen schnell zu einem lokalen Überhitzen des Heizdrahtes und zum Bruch. Da auch die Stabilität der sehr dünnen, gewendelten Heizdrähte insbesondere bei hohen Temperaturen relativ gering ist, können die Heizwendeln in einem vertikalen Rohr leicht in sich zusammensacken, wodurch Kurzschlüsse auftreten, die ebenfalls die Lebensdauer solcher Wendeldrähte herabsetzen. Ein solches Versagen durch Überhitzen, vor allem lokales Überhitzen, tritt umso leichter auf, je kleiner der Querschnitt bzw. Durchmesser der Heizdrähte ist. Andererseits wird aber ein großes Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis der Heizdrähte als vorteilhaft für eine effektive Übertragung der in dem Heizdraht erzeugten Wärmenergie auf das vorbeiströmende Gas angesehen, so dass man bisher die kurze Standzeit solcher Heizelemente in Kauf nimmt, wenn man Gastemperaturen im Bereich von 900°C oder darüber erreichen will.
Prozessheizer und Heizelemente, die Gastemperaturen von 900 °C oder auch noch darüber er- zeugen, haben aber aus den vorgenannten Gründen regelmäßig nur eine Standzeit von wenigen Stunden.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Prozessheizer und ein entsprechendes Heizelement bereitzustellen, die eine Erzeugung von Gastempe- raturen bis zu 1000 °C oder auch darüber erlauben, damit extrem große Energiemengen auf das Gas übertragen können und dennoch eine relativ lange Standzeit haben, die bei der Erzeugung von Gastemperaturen bis 1000°C in der Regel mindestens das 10-fache der Lebensdauer herkömmlicher Heizwendeln beträgt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Heizdraht als sich entlang der Rohrachse erstreckender Heizstab ausgebildet ist, dessen maximaler lichter Abstand zu der Innenwand des Rohres über mindestens 80 % des Umfanges und/oder mindestens 80 % der Überlappungslänge von Rohr und Heizstab einen Wert von 10 mm nicht übersteigt. Mit anderen Worten ist der Heizdraht kein gewendelter Draht, dessen Materialquerschnitt wesentlich kleiner ist als der des Rohres, sondern vielmehr ein Stab, für den man seinerseits eine entsprechende Längsachse definieren kann, die sich im Wesentlichen entlang der oder parallel zu der Achse des Rohres erstreckt und dabei das Rohr soweit ausfüllt, dass zwischen Heizstab und Rohrwand nur ein relativ kleiner, lichter Abstand verbleibt, der maximal 10 mm und vorzugsweise noch deutlich weniger beträgt, auch wenn er punktuell, d.h. in Bereichen, die weniger als 20% der Überlappungslänge von Rohr und Heizstab oder aber weniger als 20% des Umfangs des Heizstabes ausmachen, größer sein kann. Der Begriff „Heizdraht" wird daher im Rahmen der vorliegenden Beschreibung als Oberbegriff sowohl für relativ dünne gewendelte Drähte als auch für Heizstäbe gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, wobei die unterschiedliche Dicke nicht das primäre Unterscheidungskriterium ist.
Der maximale lichte Abstand zwischen Heizstab und Rohr liegt in vielen praktischen Fällen zwi- sehen 1 und 2 mm, etwas darüber oder auch darunter bis herab zu Minimalwerten von 0, 02 mm. Der Maximaldurchmesser des Heizstabs liegt selten über 10 mm, weil bei noch größeren Durchmessern die Effizienz der Energieübertragung wegen eines relativ großen Volumen/Oberfläche- Verhältnisses des Heizstabes erheblich nachlässt, was nur teilweise durch eine größere Rohrund Heizstablänge kompensiert werden kann. Grundsätzlich ist aber dennoch die Verwendung von Heizstäben mit größeren Durchmessern möglich, wenn auch nicht bevorzugt. Ein in der Praxis offenbar günstiger Durchmesserbereich für Heizstäbe im Sinne der vorliegenden Erfindung liegt zwischen 0,5 mm und 5 mm..
Der Begriff„Rohr" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung weit auszulegen und definiert letztlich nur einen Hohlraum mit einer Eintritts und einer Austrittsöffnung, die ein Durchströmen mit zu erhitzendem Gas erlauben. Dabei muss nicht einmal der Querschnitt über die Länge des Rohres hinweg konstant sein, auch wenn dies selbstverständlich bevorzugt ist, um mit einfachen Mitteln einen weitgehend konstanten Spalt, insbesondere einen konstanten Ringspalt, zwischen Heizstab und Rohrwand zu erzeugen. Der Ringspalt kann durch Erhöhungen, welche über den Um- fang verteilt auf der Heizstaboberfläche oder auf der Innenfläche des Rohres angeordnet sind, unterbrochen werden, um eine Zentrierung des Heizstabes zu ermöglichen und eine homogene Wärmeübertragung zu gewährleisten.
Als Rohre werden beispielsweis auch durchgehende Bohrungen in einem massiven Block ange- sehen, wobei ein solcher Block eine Vielzahl paralleler Bohrungen aufweisen kann.
Da die Heizstäbe gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu den gewendelten Drähten in entsprechenden Rohren herkömmlicher Heizer relativ dick sind, können sie Wärme intern bes- ser übertragen und verteilen, was eine lokale Überhitzung vermeiden hilft, und sie haben schon aus diesem Grund bei hoher thermischer Belastung bzw. hohen Heizstabtemperaturen jenseits von 1000 °C eine deutlich längere Lebensdauer und Standzeit bzw. ermöglichen erst das Erhitzen von Gasen auf über 1000 °C mit metallischen elektrischen Heizelementen.
Eine alternative Bedingung anstelle des maximalen lichten Abstandes zwischen Heizstab und Rohr lässt sich durch ein Mindestverhältnis der Querschnittsfläche des Heizstabes zur dem freien Innenquerschnitt des Rohres ausdrücken. Demnach sollte der Heizstab, zumindest soweit er innerhalb des Rohres verläuft, eine Querschnittsfläche haben, die mindestens 30 % und noch bevorzugter mindestens 50% des freien Rohrquerschnitts beträgt. Bei konkreten Ausführungsformen, die mit positiven Ergebnissen getestet wurden, lag dieses Querschnittsverhältnis bei etwa 80 % wobei der maximale lichte Abstand 0,2 bis 0,5 mm betrug und ein entsprechend gleichmäßiger Ringspalt zwischen Heizstab und Rohrwand etwa 0,1 bis 0,25 mm betrug. Allgemein gesprochen liegen die bevorzugten Maßverhältnisse zwischen dem Querschnitt des Heizstabes und dem Innenquerschnitt des Rohres zweckmäßigerweise im Bereich von 0,2 bis etwa 0,95. Ein Querschnittsverhältnis von 0,2 ergibt sich zum Beispiel in etwa bei einem sehr dünnen Heizstabdurchmesser von 0,2 mm und einem Rohrdurchmesser von 0,45 mm,. Ein Querschnittsverhältnis von 0,9 ergibt sich zum Beispiel bei einem Heizstabdurchmesser von etwa 4,75 mm in einem Rohr mit 5 mm Innendurchmesser, wobei es hinsichtlich der Querschnittsverhältnisse auf die Maßeinheit bzw. auf die Absolutmaße nicht ankommt, solange der Heizstabdurchmesser innerhalb der oben und nachstehend angegebenen Bereiche liegt. Ein bevorzugter Bereich von Querschnittsverhältnissen liegt zwischen 0,3 und 0,8, entsprechend einem Durchmesserverhältnis zwischen etwa 0,5 und 0,9 mit absoluten Durchmessern der Heizstäbe zwi- sehen 0,5 und 5 mm.
Gleichzeitig hat sich herausgestellt, dass bei einer im Wesentlichen laminaren Strömung von Gas durch einen Ringspalt zwischen einem stabförmigen, entlang der Rohrachse verlaufenden Heizstab und der Innenwand des Rohres die Wärmeübertragung zwischen Heizstab und hindurch- strömendem Gas überraschend effektiv ist, sodass man mit einem solchen Heizelement ohne Weiteres Prozessgastemperaturen von bis zu 1200 °C oder auch noch darüber erreichen kann, während die Lebensdauer dieser Prozessheizer und insbesondere der Heizstäbe ein Vielfaches der Lebensdauer von herkömmlichen Prozessheizern bzw. Heizdrähten beträgt, die für die Erzeugung von Gastemperaturen von 900 °C oder mehr ausgelegt sind. Dabei muss der Ringspalt entlang des Umfangs des Heizstabs auch nicht notwendigerweise eine konstante Breite haben, sondern kann zwischen 0 (Berührung) und dem Maximalwert (bei kreisförmigen Querschnitten also dem Doppelten der gleichmäßigen Spaltbreite variieren. Die absoluten Rohrdurchmesser und Heizstabdurchmesser können in weiten Bereichen variieren, beispielsweise zwischen einem Innendurchmesser des Rohres von 1 mm bis 20 mm oder auch mehr, z. B. 60 mm, wiederum abhängig von den sonstigen Maßen, wie z.B. der Länge von Rohr und Heizstab, der gewünschten Breite des Ringspaltes, der Gasstromrate und dem elektrischen Widerstand des Heizstabes sowie der zur Verfügung stehenden Spannung.
Der Heizstab hat bei kleinen Rohrdurchmessern selbstverständlich einen entsprechend kleineren Durchmesser, der im Extremfall auch 0,5 mm oder weniger, z.B. 0,2 mm betragen kann. Er ist damit gegenüber herkömmlichen Wendeldrähten oder Heizfilamenten aber immer noch deutlich dicker und vor allem nicht gewendelt, sondern erstreckt sich parallel zu der Rohrachse und entlang der Rohrachse. Der Unterschied zwischen dem„Heizdraht" nach dem Stand der Technik und dem„Heizstab" gemäß der vorliegenden Erfindung liegt also primär nicht (bzw. nicht nur) in der unterschiedlichen Dicke, sondern vielmehr in der definierten Längserstreckung und vergleichsweise stabilen Form des Heizstabes, der sich, soweit praktisch machbar, genau entlang der Achse des Rohres erstreckt, so dass seine Länge innerhalb des Rohres genau der Länge des Rohres entspricht und der Heizstab somit nicht entlang eines künstlich verlängerten Weges im Rohr verläuft. Gleichwohl ist der Heizstab eines Heizelementes gemäß der vorliegenden Erfindung in aller Regel auch dicker als die Heizdrähte bei herkömmlichen Heizelementen mit gleichem Rohrquerschnitt und bei einem in der Heizleistung insgesamt vergleichbaren Heizelement nach dem Stand der Technik.
Idealerweise ist der Heizstab möglichst genau im Zentrum des Rohres angeordnet, wobei der Außenquerschnitt des Heizstabes mit der Form des Innenquerschnitts des Rohres im Wesentlichen übereinstimmt, was im Ergebnis dazu führt, dass der Ringspalt zwischen Heizstab und In- nenwand des Rohres eine im wesentlichen konstante Breite hat. Eventuell könnten aber die Innenfläche des Rohres und/oder die Außenfläche des Heizstabes auch strukturiert sein, d.h. beispielsweise eine in Längsrichtung des Stabes und des Rohres verlaufende Rippen- oder Rillenstruktur aufweisen, die auch einen kleinen Drallwinkel aufweisen kann. Solche oberflächliche Strukturen können bei gegebener Ringspaltbreite den Bereich der laminaren Strömung gegebe- nenfalls zu größeren Gasstromraten hin erweitern.
Die konkrete Breite des Ringspaltes stellt dabei immer einen Kompromiss zwischen maximaler Wärmeenergieübertragung und Druckverlust bei gewünschter Gasstromrate dar. Das heißt, je enger der Ringspalt ist, desto effektiver ist die Wärmeübertragung von dem Heizstab auf das zwischen Heizstab und Rohr strömende Gas, wobei ein enger Spalt jedoch auch den Gasstrom begrenzt und/oder eine große Druckdifferenz zwischen Einlass und Auslass erfordert. Darüber hinaus hängt die sinnvolle Breite des Ringspaltes aber auch von der Länge des Rohres und auch von der im Heizstab umgesetzten elektrischen Heizleistung ab.
In einer konkreten Ausführungsform beträgt die durchschnittliche Breite des Ringspaltes etwa 0,1 mm, in einem anderen Beispiel 0,2 mm wobei es aber nicht immer gelingt, den Heizstab wirklich konzentrisch in einem Rohr anzuordnen, sodass die Ringspaltbreite zumindest an einigen axialen Positionen in Umfangsrichtung zwischen Null und dem Doppelten der durchschnittlichen Ringspaltbreite variieren kann. In einer Ausführungsform sind deshalb an einigen Positionen entlang des Umfanges und/oder über die Länge verteilt Abstandhalter vorgesehen, die den Heizstab in dem Rohr zentrieren. Die Abstandhalter können mit dem Heizstab oder dem Rohr einstückig ausgebildet sein und sind insbesondere so gestaltet, dass sie den Gasstrom zwischen Heizstab und Rohr möglichst wenig behindern. Die Abstandhalter bestehen vorzugsweise aus hitzebeständiger Keramik und sind idealerweise über die Rohrgeometrie realisiert.
Idealerweise werden Heizstab und Rohr koaxial zueinander angeordnet, d. h. ihre Achsen fallen zusammen. Dabei müssen der Heizstab und das Rohr aber keineswegs einen kreisförmigen Querschnitt haben, sie könnten beispielsweise auch den Querschnitt eines vorzugsweise gleichseitigen Polygons haben und es könnte beispielsweise auch ein Rohr mit sechseckigem oder achteckigem Querschnitt oder Außenkontur, das einen zylindrischen Heizstab aufnimmt. Insbesondere eine quadratische oder sechseckige Außenkontur der Rohre ermöglicht eine sehr kompakte Anord- nung des Rohrbündels und einen dadurch resultierende minimale Bypass-Strömung zwischen den Rohren.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Mehrzahl von parallelen Rohren zu einem Rohrpaket zusammengefasst und der Heizstab, genauer gesagt die Heizstäbe der einzelnen Rohre des Rohrpaketes haben die Form eines mäanderförmig durch die Rohre hindurchgeführten Heizdrahtes, der am Ende eines Rohres eingeführt wird und von der Austrittseite dieses Rohres durch ein benachbartes Rohr wieder zurückgeführt wird usw. Dabei ist die Anzahl der Rohre, durch die ein einzelner Heizdraht als Heizstab hindurchgeführt ist, vorzugsweise gerade, sodass der Heizstab in Form eines durch die Vielzahl von Rohren hin-und her-verlaufenden Drahtes auf der glei- chen Seite wie das Eintrittsende parallel zu diesem austritt und somit an einem Ende des Rohrpaketes mit entsprechenden elektrischen Anschlusskontakten verbunden werden kann. Es versteht sich, dass ein Rohrpaket aus mehreren Gruppen von Rohren bestehen kann, die jeweils von einem einzigen zusammenhängenden Heizdraht durchzogen werden. Sollte es die elektri- sehe Anschlussleistung erfordern, hat sich eine Aufteilung in mehrere elektrische Zonen bewährt, welche eine Konnektierung in Dreieck- oder Sternschaltung ermöglichen.
Zweckmäßigerweise ist eine dichte Packung solcher Rohre in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, wobei zwischen der Gehäusewand und der Außenseite der dichten Packung aus einzelnen Rohren zusätzlich noch Isolationsmaterial angeordnet ist.
Das Isoliermaterial ist vorzugsweise ein hochtemperaturbeständiges, keramisches Material, das eine ausreichende Stabilität zur Herstellung von formstabilen Rohren aufweist. Zwischen mehre- ren parallelen Rohren, die zu einem Paket zusammengefasst sind, kann ein hochtemperaturbeständiges keramisches Isoliermaterial angeordnet werden, wie es von der Anmelderin unter der Markenbezeichnung„Fibrothal" vertrieben wird.
Statt nebeneinander können auch mehrere der erfindungsgemäßen Heizelemente und entspre- chende Pakete aus Heizelementen axial hintereinander angeordnet werden.
Die Rohre sollten aus einer isolierenden und hochtemperaturbeständigen Keramik bestehen, wofür insbesondere Aluminiumoxid (AI203) in Betracht kommt. Der Heizstab besteht vorzugsweise aus einer Eisen-Chrom-Aluminiumlegierung oder aus einer Nickel-Chrom-Eisen-Legierung. Gegebenenfalls könnte insbesondere ein dickerer Heizstab auch seinerseits aus einem Bündel paralleler, gegebenenfalls auch miteinander verdrillter Einzelstäbe bzw. Drähte bestehen, wobei bei einer solchen Ausführungsform der oben definierte lichte Abstand durch den lichten Abstand einer Einhüllenden des Bündels aus Stäben oder Drähten zu der Innenwand des Rohres definiert ist.
Der Heizstab kann einen Durchmesser im Bereich von 0,2 bis 50 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 10 mm haben. Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren.
Es zeigen:
Figur 1 eine stirnseitige Draufsicht auf ein Heizelement, welches aus einem Bündel von Rohren mit hindurchgeführten Heizstäben besteht. Figur 2 eine Seitenansicht des Heizelementes nach Figur 1 ,
Figur 3 eine Schnittansicht mit einem Schnitt entlang der Längsachse eines kompletten Prozessheizers mit einem erfindungsgemäßen Heizelement und einem Gehäuse mit Anschlüssen für Gas und Strom sowie einer Isolierung,
Figur 4 eine Stirnansicht von links auf den Prozessheizer nach Figur 3.
Figur 5 einen Schnitt durch ein Heizelement gemäß Figur 1 und 2 und
Figur 6 nochmals schematisch einen Prozessheizer mit der Lage der Schnittlinie der Figur 5
Man erkennt in Figur 1 eine dichte Packung von Rohren 1 in hexagonaler Anordnung, durch wel- che Heizstäbe 2 hindurchgeführt sind. Die Rohre 1 bestehen aus Aluminiumoxid-Keramik und haben einen Innendurchmesser von etwa 1 ,7 mm, sowie einen Außendurchmesser von etwa 2,7 bis 2,8 mm, woraus sich eine Wandstärke der Rohre 1 von etwa 0,5 bis 0,55 mm ergibt. Die Heizstäbe werden hier durch einen kontinuierlichen Heizdraht mit einem Durchmesser von etwa 1 ,5 mm gebildet, der abwechselnd in jeweils entgegengesetzter Richtung durch eine Vielzahl der Rohre dieses Rohrpaketes hindurchgeführt ist, wobei der mit 2a markierte Heizstab die Einführseite des Heizdrahtes in das Rohr 1 a markiert, der dann durch das Rohr 1 b wieder zurückgeführt, in das Rohr 1 c wieder eingeführt und auf diese Weise durch eine Vielzahl von Rohren und im Wesentlichen parallel zu deren Achse hindurchgeführt wird, bis schließlich das Ende des Drahtes in Form des Heizstabes 2z durch das Rohr 1 z wieder austritt.
Einige der Rohre sind Leerrohre 3, welche z. B. der Aufnahme von Thermoelementen oder sonstigen Thermometern dienen, während das zentrale Rohr beispielsweise eine Zentrierung 4 aufweisen kann, mit deren Hilfe das aus dem Rohrpaket und dem hindurchgeführten Heizdraht bestehende Heizelement 10 in dem Gehäuse eines Prozessheizers zentriert werden kann.
Figur 2 ist eine Seitenansicht des Paketes bzw. der hexagonalen Packung von Rohren gemäß Figur 1 .
Die Länge I der Rohre 1 beträgt beispielsweise zwischen 150 und 500 mm, während die Länge L des gesamten Heizelementes 10 (ohne die überstehenden Anschlussenden 2a und 2z) bei den hier angegebenen Maßen von Rohren 1 und Heizstäben 2 um etwa 4-5 mm größer ist.
Figur 3 zeigt einen kompletten Prozessheizer 100 mit einem rohrförmigen Gehäuse 6, einem Gaszufuhrrohr 7, einer Gasaustrittsdüse 9 mit Austrittsrohr 8 und einem Befestigungsflansch 13, der seinerseits an einem Stromzufuhrflansch 14 montiert ist.
Das Gaszufuhrrohr 7 mündet in einen zylindrischen Hohlraum 18, durch den sich auch zwei parallele Stromanschlussrohre 16 erstrecken, von denen in der Seitenansicht der Figur 3 nur eines erkennbar ist. Die Stromanschlussrohre bilden eine Durchführung für die Verbindung der Drahtenden 2a und 2z mit elektrischen Anschlusskontakten an dem elektrischen Anschlussflansch 14. Das Heizelement 10, welches aus einem Rohrpaket beispielsweise gemäß Figur 1 und 2 besteht, ist im Zentrum des rohrförmigen Gehäuses 6 aufgenommen, wobei zwischen der Innenwand des rohrförmigen Gehäuses 6 und dem Heizelement 10 ein hochtemperaturbeständiges, keramisches Isoliermaterial 17 angeordnet ist, welches typischerweise aus zwei das Heizelement 10 von gegenüberliegenden Seiten her umschließenden Halbschalen 17a, 17b (siehe Figur 5) besteht, deren Innenkontur der Außenkontur des Heizelementes 10 angepasst ist. Alternativ können die Halbschalen auch gemeinsam ein einfaches zylindrisches Rohr bilden, wobei dann die verbleibenden Zwischenräume zwischen dem Heizelement 10 mit in loser Faserverbundform vorliegenden Isoliermaterial ausgestopft werden, welches im Übrigen auch die Zwischenräume zwischen den Rohren 1 , 3 ausfüllt. Als Alternative zu dem Stopfen der Rohrzwischenräume könnte die Gaseintrittsseite des Heizelementes 10 auch eine entsprechende gelochte, kreisförmige Abdeckscheibe aufweisen, deren Durchmesser dem maximalen Außendurchmesser des Rohrpaketes des Heizelementes 10 entspricht und welche Bohrungen nur an der Position der Rohre bzw. der Rohröffnungen aufweist und damit die gesamte Stirnseite der Rohrpackung mit Ausnahme der Bohrungen abdeckt, bevor der Heizdraht durch die Rohre hindurchgeführt wird. Eine solche Abdeckscheibe könnte aus demselben keramischen Isoliermaterial bestehen, wie es auch für die Halbschalen 17a, 17b zwischen Gehäuse und Heizelement 10 verwendet wird und welches von der Anmelderin unter dem Markennamen„Fibrothal" vertrieben wird. Die Enden 2a und 2z des Heizdrahtes bzw. der Heizstäbe 2 werden durch die isolierenden Verbindungsrohre 16 mit äußeren elektrischen Anschlüs- sen 12 verbunden, die über eine Klemmringverschraubung 1 1 an dem Zufuhrflansch 14 montiert sind.
Die hier dargestellte Variante eines Prozessheizers ist bei einem Heizstab- bzw- Heizdrahtdurchmesser von ca. 1 , 5 mm für eine Heizleistung von 3,5 kW ausgelegt, wobei der lichte innere Rohrdurchmesser zwischen etwa 1 ,7 und 2,2 mm liegen kann und wobei der Heizdraht bzw. die Heizstäbe aus einer Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung bestehen. Geeignete Heizdrähte werden von der Anmelderin unter anderem unter der Markenbezeichnung„NICROTHAL" vertrieben. Es versteht sich, dass man entsprechende Prozessheizer beliebig dimensionieren kann, sodass sich der Leistungsbereich zwischen einigen Watt oder einigen 100 Watt und 100 oder mehr Kilowatt erstrecken kann.
Das zu erhitzende Gas wird durch den Anschluss 7 zugeführt und gelangt in einem im Wesentlichen zylindrischen Vorraum 18, der ansonsten noch von den beiden isolierenden Rohren 16 der Stromverbindung durchzogen ist und strömt in die offenen Ringspalte 5 zwischen den Rohren 1 und den Heizdrähten 2 hinein und durch die Rohre hindurch, um dann über die Düse 9 und das Austrittsrohr 8 aus dem Prozessheizer auszutreten. Es versteht, sich, dass man mehrere Heizelemente bzw. Prozessheizer auch axial hintereinander schalten kann.
Figur 4 ist schließlich noch eine stirnformige Ansicht auf den Prozessheizer nach Figur 3 von links, wobei man wiederum die Düse 9 mit dem Austrittsende 8 erkennt, ebenso wie das Gehäuse 6, das Gaszufuhrrohr 7 und den Anschlussflansch 13.
Bezugszeichenliste
1 Rohr
2 Heizstäbe, Heizdraht
2a, 2z Enden des Heizdrahtes bzw. der Heizstäbe
3 Leerrohr
4 Zentrierung
5 Ringspalte
6 Gehäuse
7 Gaszufuhrrohr
8 Austrittsrohr
9 Düse
10 Heizelement
1 1 Klemmringverschraubung
12 elektrische Anschlüsse
13 Befestigungsflansch
14 Zufuhrflansch
16 Stromanschlussrohre/Verbindungsrohre
17a, 17b Halbschalen
18 Vorraum

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Heizelement zum Erhitzen von Gasen auf hohe Temperaturen, mit mindestens einem für die Durchströmung von zu erhitzendem Gas eingerichteten Rohr (1 ) und einem elektrischen Heizdraht in dem Rohr, welches für die Übertragung von Wärme auf an dem Heizdraht vorbeiströmendes Gas ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizdraht als sich entlang der Rohrachse erstreckender Heizstab (2) ausgebildet ist, dessen maximaler lichter Abstand zu der Innenwand des Rohres über mindestens 80% des Umfanges und/oder mindestens 80% der Überlappungslänge von Rohr und Heizstab einen Wert von 10 mm nicht übersteigt.
2. Heizelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstab einen Durchmesser im Bereich von 0,2 bis 50 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 10 mm hat 3. Heizelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Heizelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Querschnittes des Heizstabes zum Innenquerschnitt des Rohres im Bereich zwischen 0,04 und 0,95 liegt und bevorzugt zwischen 0,
3 und 0,8 beträgt.
4. Heizelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale lichte Abstand zwischen dem Heizstab und der Innenwand des Rohres 0,02 und 5 mm beträgt.
5. Heizelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der lichte Abstand zwischen Heizstab und Innenwand des Rohres durch einen über die Überlappungslänge und den Umfang hinweg im Wesentlichen konstanten Ringspalt definiert ist.
6. Heizelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der lichte Abstand bzw. die Breite des Ringspaltes im Bereich 0,05 bis 1 mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 und 0,5 mm liegt.
7. Heizelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstab sich als kontinuierlicher, massiver Heizdraht mäandernd durch eine Mehrzahl paralleler Rohre erstreckt.
8. Heizelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Mehrzahl paralleler Rohre mit Heizstäben aufweist, die vorzugsweise in einer dichten Packung nebeneinander angeordnet sind.
9. Heizelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Rohr aus Aluminiumoxid (AI203) besteht
10. Heizelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstab aus einer Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung oder Nickel-Chrom-Legierung besteht
1 1. Heizelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstab seinerseits aus einem Bündel paralleler, gegebenenfalls auch miteinander verdrillter Einzelstäbe bzw. Drähte besteht, wobei der lichte Abstand durch den lichten Abstand einer Einhüllenden des Bündels zu der Innenwand des Rohres definiert ist.
.
12. Heizelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Heizstab und Rohrwand Abstandhalter vorgesehen sind, welche sich vorzugsweise aus der Rohrgeometrie ergeben.
13. Heizelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Rohres strukturiert ist,
14. Heizelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum zwischen mehreren Rohren und zwischen Rohren und Gehäuse durch ein hochtemperaturbeständiges, keramisches Fasermaterial ausgefüllt und abgedichtet ist.
15. Prozessheizer mit einem Gehäuse, mit einer Gaszufuhr und einem Gasauslass, einem Heizraum zwischen Gaszufuhr und Gasauslass und elektrischen Anschlüssen für mindestens ein elektrisches Heizelement, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizraum mindestens ein Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.
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