JP2017532712A - 三相交流を用いて管路内の流体を加熱する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、流体（Ｆ）の加熱装置（１）に関しており、この装置は、流体（Ｆ）を収容する少なくとも１つの導電性管路（１００）と、少なくとも１つの管路（１００）に接続されている少なくとも１つの電圧源（２）とを有しており、少なくとも１つの電圧源（２）は、少なくとも１つの管路（１００）に電流を形成する、ように構成されており、この電流は、少なくとも１つの管路（１００）を加熱して流体（Ｆ）を熱する。本発明では、少なくとも１つの電圧源（２）がＭ個の外部導体（Ｌ１、…、ＬＭ）を有しており、ただしＭは２以上の自然数であり、外部導体（Ｌ１、…、ＬＭ）に交流電圧が供給されるように少なくとも１つの電圧源（２）を構成し、これらの交流電圧は互いに２π／Ｍだけ位相シフトされており、外部導体（Ｌ１、…、ＬＭ）は、星形接続部が構成されるように、少なくとも１つの管路（１００）に導電的に接続されている。

Description

本発明は、少なくとも１つの管路に案内される流体を加熱する装置と、流体を加熱する、対応する方法とに関する。

このような装置は、流体を収容するための少なくとも１つの導電性管路と、この管路に接続されている少なくとも１つの電気的なエネルギ源、例えば電圧源又は電流源とを有しており、このエネルギ源は、少なくとも１つの管路に電流を形成し、この電流が管路を熱して流体を加熱するように構成されており、ここでこの加熱は、少なくとも１つの管路の電気抵抗によってジュール熱が管路に形成されることによって行われ、ここでこのジュール熱は、この管路において変換される電力と、電流が流れる時間とに比例する。このような装置は、例えば独国特許発明第２３６２６２８号明細書（DE2362628C3）から公知である。

本発明において流体とは、ガス状及び／又は液体状の媒体のことであると理解される。

管路が導電性材料からなりかつそれ自体を電流が流れる上記の直接の加熱の代わりに、流体を加熱するために加熱素子、例えば自己制御式の加熱テープ、定出力型加熱テープ、又はミネラル絶縁された固定抵抗加熱テープを、加熱すべき流体が案内される加熱すべき管路の外面に取り付けることもさらに公知である。加熱テープを備えた各管路は一般的に、周囲空気への熱損失に対向するため、外側が絶縁されている。ここでは熱伝導又は熱放射を用いて、加熱ケーブルから管路に、及び、管路からその中に存在するないしはその中を流れる媒体に熱を放出することができる。

上述の直接加熱の際に特に重要であるのは、少なくとも１つの絶縁部を、冗長性の理由から多くの場合に２つの絶縁部を設けることであり、これらの絶縁部により、電流によって直接加熱される管路に至る並列の電流路が阻止される。

管路内の媒体により、上記の絶縁の有効性が損なわれる場合には、安全上の理由から、直接加熱を遮断しなければならない。すべての設備部分全体における電流の並列の流れは、制御されずに行われる。この際には予測できない箇所において熱が形成され、設備部分の電気接続が不良の場合には火花が発生することもあり、この火花は、特に爆発の危険がある設備では大きな安全性リスクになる。

このことを起点として本発明が基礎とする課題は、流体を加熱するための改善された装置及び改善された方法を提供することであり、この装置ないしはこの方法によって特に、並列な電流の欠点のリスクを冒すことなく、一般的に設けるべき（１つ以上の）絶縁部の個数を低減することが可能である。

この課題は、請求項１に記載した特徴的構成を有する装置によって解決される。本発明の有利な実施形態は特に、対応する従属請求項に記載されている。

本発明の請求項１によれば、流体を収容する複数の導電性管路と、複数の電圧源とが設けられており、各管路には、各管路に接続されている１つずつの電圧源が対応付けられており、各電圧源は、各管路に電流を形成し、この電流が各管路を熱して流体を加熱する、ように構成されており、電圧源は、Ｍ個の外部導体Ｌ１〜ＬＭを有しており、ただしＭは２以上の自然数であり、電圧源は、その外部導体Ｌ１〜ＬＭに交流電圧を供給するように構成されており、これらの交流電圧は互いに２π／Ｍだけ位相シフトされており、外部導体Ｌ１〜ＬＭは、星形接続部が構成されるように各管路１００に導電的に接続されており、この星形接続部では、各外部導体が、各管路の少なくとも一部分を介して、星形接続部の中性点に導電的に接続されている。

本発明では、複数の星形接続部が別個の複数の中性点を構成することも可能である。したがって例えば管路毎に別個の星形接続部が構成され得る。

本発明は基本的に個別の管路にも適用可能であり、この場合にはこの個別の管路に１つの電圧源が対応付けられる。

本発明の有利な一実施形態によれば、電圧源は１つずつの中性導体を有しており、各電圧源は、外部導体と中性導体との間に１つずつの交流電圧が供給される、ように構成されている。ここでこれらの交流電圧は、互いに２π／Ｍだけ位相シフトされている。各中性導体は有利には中性点に導電的に接続されている。

本発明において星形接続部とは、１つずつの抵抗を介して共通の１つの点に任意の個数の端子（Ｍ個の端子、ここでは場合によって設けられている中性導体も中性点に接続されてよい）を相互接続した接続部のことであり、この１つの点を中性点と称する。

この中性点により、Ｍ個（例えばＭ＝３）の外部導体に均等に負荷が加わる場合に、電流が供給されない（均等でない負荷が加わる場合、これらの電流の差分だけが供給される、ないしは、中性導体と少なくとも１つの管路の中性点とが高抵抗で接続されている場合には差分電圧が供給される）ため、そうでない場合に一般的である、管路の入口及び出口における絶縁部を省略でき、有利である。

したがって有利には少なくとも１つの管路又は複数の管路を構成して、中性点における複数の電流が互いに打ち消されるようにする。すなわち、言い換えると、有利には、少なくとも１つの電圧源の各外部導体と、中性点との間に形成される導電的な接続（少なくとも１つの管路の１つずつの部分を含む）が、同じオーム抵抗を有しており、これによって中性点において個々の電流が打ち消されるのである。

機能接地については一般的には中性導体が設けられている場合（例えばＴＮネットワーク）、電圧源の中性点ないしはＮ端子が接地されるようにする。この接地は、例えば固定又は低抵抗に構成することが可能であり、又は誘導的に構成することも可能である。中性導体が設けられていない三相ネットワークないしはＩＴネットワークでは、この機能接地は省略される。

上で挙げた２つのタイプのネットワークでは、上記の本発明による星形接続部ないしは少なくとも１つの管路の中性点は有利には接地され、特に固定に接地される。電圧源の中性点（Ｎ端子）が固定に接地される、中性導体を備えたエネルギ供給部（例えばＴＮネットワーク）では、上記の星形接続部ないしは少なくとも１つの管路の中性点の接地を、本発明の一変形実施形態において省略することも可能である。

上記の少なくとも１つの管路ないしは複数の管路とは、連結している管路であってよい。しかしながらこの管路は、互いに流体接続されておらず、かつ、場合によっては加熱すべき１つずつの流体を互いに別々に通流させることが可能な複数の部分を有することも可能である。

有利な実施形態によればＭ＝３である。すなわち、しばしば三相交流とも称される３つ相の交流が使用される。ここでこれは、公知のように同じ周波数の３つの個別の交流電流又は交流電圧、すなわち
Ｕ_Ｌ１＝Ｕ_０cos（ωｔ）、
Ｕ_Ｌ２＝Ｕ_０cos（ωｔ−１２０°）、
Ｕ_Ｌ３＝Ｕ_０cos（ωｔ−２４０°）、
からなる多相交流電流であり、これらは位相角が互いに固定で１２０°、すなわち２π／３だけシフトされている。

これら交流電圧は、時間的に互いに３分の１周期ずつずれて順次にそれらの最大の変位に到達する。これらのいわゆる外部導体電圧の相互の時間的なずれは、位相シフト角によって表される。上記の３つの導体は、外部導体と称され、一般的にＬ１、Ｌ２及びＬ３で略記される。中性導体はＮと記される。

本発明による装置の別の有利な実施形態によれば、少なくとも１つの管路ないしは複数の管路はそれぞれＭ個の肢（すなわち例えばＭ＝３では、第１、第２及び第３の肢）を有するようにされており、ここで各肢は、第１及び第２終端部、ならびに２つの終端部を互いに流体通流的かつ導電的に接続する中間部分を有する。

各肢の２つの終端部は有利には中性点に接続されている。すなわち各終端部には、ないしは、隣接する２つの肢の互いに接続されている２つの終端部には、中性点に至る電気コンタクトが設けられている。

有利にはさらに、肢の中間部分がそれぞれ、少なくとも１つの電圧源の対応する外部導体Ｌ１〜ＬＭ（例えばＭ＝３の場合、Ｌ１、Ｌ２又はＬ３）に導電的に接続されるように、すなわち各中間部分には、対応する外部導体に至る電気コンタクトが設けられるようにする。ここでは特に三相交流（Ｍ＝３）の場合に第１肢の中間部分がＬ１外部導体に、第２肢の中間部分がＬ２外部導体に、第３肢の中間部分がＬ３外部導体に接続される。各外部導体には、１つの肢のちょうど１つの中間部分が一意に対応付けられる。

さらに少なくとも１つの管路は有利には、Ｍ個の肢が設けられる場合に第１肢の第２終端部が、第２肢の第１終端部に流体通流的かつ導電的に接続され、かつ、（Ｍ＞２のとき）第２肢の第２終端部が、第３肢の第１終端部に流体通流的かつ導電的に接続される、ように構成される。これは、最後（Ｍ番目）の肢に達するまで続けられる。少なくとも１つの管路のＭ個の肢は特に、これらの肢内を流れる流体がこれらの肢を順次に流れることができる、ように互いに接続されている。さらに、有利には第１肢の第１終端部は、少なくとも１つの管路に流体を供給するための入口を構成し、Ｍ番目の肢の第２終端部は有利には、少なくとも１つの管路から流体を放出するための出口を構成する。この出口は、別の管路の入口と流体接続することが可能である。さらに、少なくとも１つの管路の入口は、別の管路の出口と流体接続することが可能である（下記を参照されたい）。

これに関して、Ｍ＝３の場合、有利には少なくとも１つの管路を構成して、第１肢の第２終端部を第２肢の第１終端部に流体通流的かつ導電的に接続し、第２肢の第２終端部を第３肢の第１終端部に流体通流的かつ導電的に接続し、すなわち少なくとも１つの管路の３つの肢を特に互いに接続し、これによってこれらの肢を、その中を流れる流体が順次に通流できるようにする。さらに第１肢の第１終端部は有利には、少なくとも１つの管路に流体を供給するための入口を構成し、第３肢の第２終端部は有利には、少なくとも１つの管路から流体を放出するための出口を構成する。この出口は、別の管路の入口と流体接続することが可能である。さらに、少なくとも１つの管路の上記の入口は、別の管路の出口と流体接続することが可能である（下記を参照されたい）。

隣接する２つの肢の、流体通流的かつ導電的に互いに接続されている終端部は有利には、共通の１つのコンタクトを介して上記の中性点ないしは中性導体に電気的に接続されており、このコンタクトは例えば、互いに接続されている２つの終端部の移行部に設けることが可能である。

当然のことながら上記の肢を互いに別々に構成し、これに対応して互いに流体接続しないことも可能である。この場合には複数の流体流を互いに依存しないで肢を通して案内して加熱することが可能である。この場合に肢の終端部は、入口ないしは出口を構成し、これらの入口ないしは出口を介して、個々の肢に別々に流体を入れることができる。

上記の肢は、これらが互いに接続される場合、有利にはそれらの終端部を介して隣接する肢と一体で成形することができる。別の流体通流的かつ導電的な接続も考えられる。さらに、１つの肢の２つの終端部間に設けられている各中間部分は有利には、両側に設けられている終端部と一体で成形される。これに関しては、別の流体通流的かつ導電的な接続も考えられる。これらの肢は基本的には、考えられ得るあらゆる形状ないしは経過を有することが可能である。

上記の肢は有利には実質的にその寸法及び幾何学形状ないしは形態が同じに構成されているため、これらの肢は実質的に、同じオーム抵抗を有する消費装置になる。構成の異なる肢では、場合によっては補償的なオーム又は容量式ないしは誘導式の抵抗を付加的に設けることも可能である。

本発明の特に有利な実施形態によれば、上記の肢はそれぞれループとして構成されており、各肢の中間部分は、各ループの端部を構成しており、この端部は、各ループの有利には互いに隣接して配置された２つの終端部とは反対側にあり、特に各端部の領域において、それぞれ対応する外部導体が各肢に導電的に接続されている。各ループないしは肢の端部は有利には、各中間部分の返しベンドによって構成されており、この返しベンド内では、各肢ないしは各ループ内において第１終端部側から流れる流体が、その方向を変えて第２終端部に向かって（又はこの逆に）流れる。

少なくとも１つの管路の肢ないしはループは有利にはそれぞれ長手方向軸に沿って延在しており、肢ないしはループは特に長手方向軸に沿って同じ長さを有する（上記も参照されたい）。

有利にはさらに、少なくとも１つの管路ないしは複数の管路の肢の終端部が、中央領域において、中性点ないしは中性導体に至るそれぞれの電気コンタクトを伴って配置されるように構成されており、上記の肢は、この中央領域から、径方向に沿って外側に向かって延在しており、しかも特に各端部ないしは返しベンドに延在しており、有利にはこの端部ないしは返しベンドにおいて、対応する外部導体Ｌ１〜ＬＭ（ないしはＭ＝３の場合、Ｌ１、Ｌ２又はＬ３）に至るそれぞれの電気コンタクトが設けられている。

１つの管路の３つの肢を互いに星形に配置する際には、隣接する２つずつの肢の長手方向軸は、例えば１２０°の角度をなす。

本発明では、上記の複数の管路と、特に複数の電圧源とが設けられ、各管路には１つずつの電圧源が対応付けられる。この場合に電圧源の外部導体はここでも、対応する管路に接続され、これにより、ここでも星形接続部が構成され、この星形接続部では、各外部導体が、各管路の少なくとも一部分を介して、星形接続部の中性点に導電的に接続され、場合によって設けられている、各電圧源の中性導体を、対応する管路の中性点に導電的に接続することができる（上記を参照されたい）。

ここでも電圧源は有利には三相交流電圧源（すなわちＭ＝３）として構成されるため、各管路を直接ジュール加熱するために各管路において形成される電流は三相交流電流である。

すなわち上記の管路はここでも有利にはそれぞれＭ個の肢、ないしは第１、第２及び第３の肢を有しており（Ｍ＝３の場合）、各管路の各肢は、第１及び第２終端部ならびにこれらの２つの終端部を互いに接続する中間部分を有する。各管路部分の各肢の２つの終端部は有利には、上記のように各管路の中性点ないしは対応する電圧源の中性導体Ｎに導電的に接続されており、これに対し、各管路部分の中間部分はそれぞれ、有利には（上記のように）、対応する電圧源の対応する外部導体（Ｌ１〜ＬＭ、ないしはＭ＝３の場合にはＬ１、Ｌ２又はＬ３）に接続されている。

複数の管路の個々の肢は有利には、上記のように互いに接続されており（又は互いに別々に構成されており）、有利にはさらにループとして構成されており、各肢の中間部分はここでも有利には、各ループの端部ないしは返しベンドを構成し（上記を参照されたい）、有利には各端部の領域において、ないしは各返しベンドにおいて、それぞれ対応付けられている外部導体（Ｌ１〜ＬＭ、ないしはＭ＝３の場合にはＬ１、Ｌ２又はＬ３）に至る電気コンタクトが設けられている（これについても上記を参照されたい）。

中性点ないしは中性導体Ｎに至るそれぞれの電気コンタクト、場合によっては共通の電気コンタクトを備えた、各管路の肢の終端部は有利には中央領域に配置されており、この中央領域から管路の肢が、径方向に沿って外側に延在しており、上記の端部ないしは戻しベントは、径方向に見て最も外側に（例えば中央領域の周りの仮想的な円上に）ある。

複数の管路が設けられる場合、複数の管路を又はすべての管路も互いに直列に流体接続することができ、これによってこれらの管路に流体を順次に通流させることができる。

さらに、いくつかの管路又はすべての管路を並列に接続し、すなわち、流体が複数の部分流に分配され、これらの部分流が個別に、対応付けられた管路を並列に流れるように構成することも可能である。

当然のことながら、直列又は並列に接続された複数の管路の任意の構成も同様に可能である。

本発明の上記の課題はさらに、少なくとも１つの本発明による装置を使用して、少なくとも１つの流体を加熱する方法によって解決される。

ここでは流体が有利には、本発明による装置の１つ以上の管路を通流してこの管路内で加熱される。ここでこの加熱は、少なくとも１つの管路ないしは複数の管路が、少なくとも１つの管路又は複数の管路を流れる多相交流電流ないしは三相交流電流によって加熱され、この場合に少なくとも１つの管路又は複数の管路においてジュール熱が形成され、このジュール熱が流体に伝達されて、この流体が、少なくとも１つの管路ないしは複数の管路を通流する際に加熱される、ことによって行われる。

本発明による方法の一変形形態によれば、流体として、熱分解すべき炭化水素、特に複数種の炭化水素からなる混合物が少なくとも１つの本発明による装置によって加熱される、ようにする。

本発明による方法の別の変形形態によれば、択一的又は補足的に、流体として水又は水蒸気を少なくとも１つの本発明による装置によって加熱し、この水蒸気が特に５５０℃から７００℃までの範囲の反応器進入温度に加熱され、特に、分解すべき１つ以上の炭化水素に添加されるようにする。

本発明による方法の別の実施形態によれば、択一的又は補足的に、流体として、事前加熱した炭化水素・蒸気混合物を少なくとも１つの本発明による装置によって加熱し、これによって複数種の炭化水素を分解する、ようにする。すなわち、本発明による装置は、事前加熱された炭化水素・蒸気混合物を分解するための分解炉の反応器部分における熱入力に使用される。これは強い吸熱反応であり、この吸熱反応では、生成ガスは、一般的には８００℃から８８０℃の温度で反応器部分から出る。

特に改質器使用ガスとも称され、かつ、水蒸気と、１つ又は種々異なる複数種の炭化水素（例えばＣＨ_４からナフサまで）と、場合によって水素と、例えばＮ_２、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＯ、ＣＯ_２及び／又はＭｅＯＨのようなその他の成分とを有する、分解すべき混合物は、本発明による方法により、特に１０barから５０bar、有利には１５から４０barの範囲の使用ガスの圧力において、有利には２５０℃から７３０℃、有利には３２０℃から６５０℃の温度範囲内にある改質器進入温度にされるかないしは過熱されることが可能である。

さらに本発明による方法を用いて、流体として、改質炉の燃焼空気を事前過熱し、しかも特に２００℃から８００℃の、有利には４００℃から７００℃の範囲の温度に事前過熱することが可能である。

特に本発明による方法を用いてさらに、改質炉の少なくとも１つの反応管もしくは複数の反応管又はその中を流れる流体を加熱することができる（すなわち本発明による装置の少なくとも１つの管路を改質器の反応管として構成することが可能である）。すなわち、ここでは本発明による方法を用い、直接の加熱により、触媒が充填された改質炉の反応管への熱供給が行われる。ここでは、主成分Ｈ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４、Ｈ_２Ｏ及び不活性物質からなる生成ガスを付加的に、上記の直接の加熱中に改質炉の放射ゾーンにおける燃焼器によってさらに並列に加熱することができる。この反応は吸熱性である。改質されたガスは、一般的には７８０℃から１０５０℃の、有利には８２０℃から９５０℃の温度範囲において、改質炉の放射ゾーンから出る。このガスの圧力範囲は有利には１０barから５０bar、有利には１５barから４０barの範囲内にある。

特に本発明による方法を用いてさらに、流体として、少なくとも１つの炭化水素ないしは種々異なる炭化水素（例えばＣＨ_４からナフサ）ならびに場合によって水素及びその他の複数の成分、例えばＮ_２、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＯ、ＣＯ_２及び／又はＭｅＯＨを有する、分解すべき乾燥した使用ガス（すなわち特に水蒸気と混合する前）を、触媒前洗浄のために加熱することができ、特に１００℃から５００℃の、有利には２００℃から４００℃の範囲の温度に加熱し、しかも有利には１０barから５０bar、有利には１５から４５barの範囲のガス圧で加熱することができる。

さらに、一般的には本発明による方法を使用して、流体として水を加熱し、これによって例えば考えられ得るすべてのプロセスにおいてプロセス蒸気を形成することが可能である。

以下では、本発明の別の複数の対象（点１及び１６）ならびに点１による対象の複数の実施形態（点２から１５）を示す。括弧内に示した参照符号は、図に関連している。

点１：
・ 流体（Ｆ）を収容する少なくとも１つの導電性管路（１００）と、
・ 少なくとも１つの管路（１００）に接続されている少なくとも１つの電圧源（２）とを有する、流体の加熱装置であって、少なくとも１つの電圧源（２）は、少なくとも１つの管路（１００）に電流を形成し、この電流が少なくとも１つの管路（１００）を熱して流体（Ｆ）を加熱する、ように構成されており、
少なくとも１つの電圧源（２）は、少なくともＭ個の外部導体（Ｌ１、…、ＬＭ）を有しており、ただしＭは２以上の自然数であり、少なくとも１つの電圧源（２）は、外部導体（Ｌ１、…、ＬＭ）に交流電圧を供給するように構成されており、各交流電圧は互いに２π／Ｍだけ位相シフトされており、外部導体（Ｌ１、…、ＬＭ）は、星形接続部が構成されるように少なくとも１つの管路（１００）に導電的に接続されており、この星形接続部では、各外部導体（Ｌ１、…、ＬＭ）が、少なくとも１つの管路（１００）の少なくとも一部分を介して、星形接続部の中性点（Ｓ）に導電的に接続されている、装置。

点２：電圧源（２）は、中性導体（Ｎ）を有しており、特にこの中性導体（Ｎ）は、導電的に中性点（Ｓ）に接続されている、点１に記載の装置。

点３：Ｍは３に等しい、点１から点２のうちのいずれか１つに記載の装置。

点４：少なくとも１つの管路（１００）はＭ個の肢（１０１）を有しており、各肢（１０１）は、第１及び第２終端部（１０１ａ、１０１ｃ）ならびに中間部分（１０１ｂ）を有しており、この中間部分は２つの終端部（１０１ａ、１０１ｃ）を互いに流体通流的かつ導電的に接続している、点１から点３のうちのいずれ１つに記載の装置。

点５：各肢（１０１、１０２、１０３）の２つの終端部（１０１ａ、１０１ｃ、１０２ａ、１０２ｃ、１０３ａ、１０３ｃ）は、導電的に中性点（Ｓ）に接続されている、点４に記載の装置。

点６：肢（１０１、１０２、１０３）の中間部分（１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂ）はそれぞれ、少なくとも１つの電圧源（２）の対応する外部導体（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に導電的に接続されている、点４から点５までのいずれか１つに記載の装置。

点７：第１肢（１０１）の第２終端部（１０１ｃ）は、第２肢（１０２）の第１終端部（１０２ａ）に流体通流的かつ導電的に接続されており、特にこれと一体で成形されており、第２肢（１０２）の第２終端部（１０２ｃ）は、第３肢（１０３）の第１終端部（１０３ａ）に流体通流的かつ導電的に接続されており、特にこれと一体で成形されており、第１肢（１０１）の第１終端部（１０１ａ）は特に、少なくとも１つの管路（１００）に流体（Ｆ）を供給するための入口（３）を構成しており、第３肢（１０３）の第２終端部（１０３ｃ）は特に、少なくとも１つの管路（１００）から流体（Ｆ）を放出するための出口（４）を構成している、点３、又は点３を引用する点４から点６までのいずれか１つに記載の装置。

点８：肢（１０１、１０２、１０３）は、互いに流体接続されておらず、加熱すべき１つずつの流体（Ｆ、Ｆ’、Ｆ’’）を互いに別々に案内するように構成されている、点４から点６までのいずれか１つに記載の装置。

点９：肢（１０１、１０２、１０３）はそれぞれループとして構成されており、各肢（１０１、１０２、１０３）の中間部分（１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂ）は、各ループ（１０１、１０２、１０３）の端部を構成しており、特に、各端部の領域において、それぞれ対応する外部導体（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）が各肢（１０１、１０２、１０３）に導電的に接続されている、点４から点８までのいずれか１つに記載の装置。

点１０：肢（１０１、１０２、１０３）はそれぞれ長手方向軸（Ａ）に沿って延在しており、特に、肢（１０１、１０２、１０３）は、特に各長手方向軸（Ａ）に沿って同じ長さを有する、点４から点９までのいずれか１つに記載の装置。

点１１：少なくとも１つの管路（１００）の肢（１０１、１０２、１０３）の終端部（１０１ａ、１０１ｃ；１０２ａ、１０２ｃ；１０３ａ、１０３ｃ）は、中央領域（Ｂ）に配置されており、この中央領域から、肢（１０１、１０２、１０３）が、径方向（Ｒ）に沿って外側に延在している、点４から点１０までのいずれか１つに記載の装置。

点１２：隣接する各２つの肢（１０１、１０２；１０２、１０３；１０３、１０１）の長手方向軸（Ａ）は、１２０°の角度をなす、点１０又は１１に記載の装置。

点１３：複数の管路（１００）及び特に複数の電圧源（２）が設けられており、特に各管路（１００）に１つずつの電圧源（２）が対応付けられている、点１から点１２までのいずれか１つに記載の装置。

点１４：複数の管路又はすべての管路（１００）は互いに直列に流体接続されており、これにより、これらの管路を順次に流体（Ｆ）が通流可能である、点１３に記載の装置。

点１５：複数の管路（１００）又はすべての管路（１００）が並列に構成されており、これにより、流体（Ｆ）をこれらの並列に構成された複数の管路（１００）に分配可能である、点１３又は点１４に記載の装置。

点１６：点１から点１５のいずれか１つに記載した装置を使用して、流体（Ｆ）を加熱する方法。

図面に基づく実施例の説明において、本発明のさらなる特徴的構成及び利点を説明する。

本発明による装置の管路の概略図である。 図１に示した実施形態の別の変形形態を示す図である。 本発明による装置の管路の別の概略図である。 本発明による装置の複数の管路の配置構成を示す図である。 ＴＮネットワークにおける外部導体及び中性導体の配線の概略図である。 ＩＴネットワークにおける外部導体の配線の概略図である。

以下ではわかり易くするため、最初に１つの管路１００によって本発明の実施形態を説明する。１つの管路によって示されるこれらの手段は当然のことながら、複数の管路１００にもそれぞれ適用可能である。

図１によれば、流体Ｆを加熱する、本発明による装置１において、管路１００を三相交流で直接加熱する際には、中性点Ｓを設けることができる。三相交流システムないしは三相電圧源２（図５を参照されたい）の３つの相Ｌ１、Ｌ２及びＬ３は、管路１００の肢１０１、１０２、１０３に接続されており、また有利にはＮ導体（中性導体）は、これが存在する場合には、中性点Ｓに接続されている。エネルギ供給部において一般的な、電圧源２の中性点Ｓ’ないしはＮ結線と、アース（ＰＥ）とを固定ないしは低抵抗で接地する際、及び、管路１００の中性点Ｓに中性導体Ｎを接続する際には、管路１００における中性点Ｓの接地を省略することができる。

図５及び図６によれば、本発明は、（有利には３つの）外部導体及び中性導体を備えたネットワーク（例えばＴＮネットワーク）の枠内にも、中性導体のないネットワーク（例えばＩＴネットワーク）にも共に適用可能である。

図５には、電圧源２の３つの外部導体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及び中性導体Ｎが示されており、これらは、例えばＴＮネットワークにおいて設けられている。中性導体Ｎが導電的に接続されている電圧源２の中性点Ｓ’は、抵抗Ｒ_Ｎを介して接地されており、特にＲ_Ｎ＝０（固定の接地）又は例えば低抵抗であってよい。Ｚ _１、Ｚ _２、Ｚ _３は、少なくとも１つの管路１００ないしはその肢１０１、１０２、１０３によって構成される負荷ないしはインピーダンスを表す。これらは、負荷ないしは管路１００の中性点Ｓにおいて相互接続されており、中性導体Ｎは、中性点Ｓに導電的に接続されている。電圧源２の中性点Ｓ’を固定に機能接地（Ｒ_Ｎ＝０）する際には、中性点Ｓの接地を省略することができるが、これを設けると有利である。

図６には、中性導体Ｎが設けられていない三相ネットワーク（例えばＩＴネットワーク）が示されている。ここでは、インピーダンスＺ _１、Ｚ _２、Ｚ _３の相互接続によって構成される中性点Ｓは、固定に接地されていると有利である。

以下では一般性を制限することなく、３つの外部導体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及び１つの中性導体Ｎから出発するものとする。しかしながらここでは中性導体Ｎを省略することが可能である（上記を参照されたい）か又は外部導体の個数を変更することが可能である（上記を参照されたい）。

詳しくいうと、管路１００の第１肢１０１は、第１終端部１０１ａからないしは流体Ｆが管路１００に供給される入口３から出発して、長手方向軸Ａに沿って第１肢１０１の中間部分１０１ｂの返しベンドに延在しており、またここから第１肢１０１の中間部分１０１ｂは第２終端部１０１ｃに戻るように延在し、この第２終端部１０１ｃは、中央領域Ｂにおいて第１終端部１０１ａに隣接して配置されている。第１肢１０１の第２終端部１０１ｃは、第２肢１０２の第１終端部１０２ａに移行し、この第１終端部１０２ａは、同様に、その中間部分１０２ｂの返しベントを介して第２肢１０２の第２終端部１０２ｃに延在しており、この第２終端部１０２ｃそれ自体は、第３肢１０３の第１終端部１０３ａに移行し、この第１終端部１０３ａは、同様に、その中間部分１０３ｂの返しベンドを介して、第２終端部１０３ｃに延在しており、この第２終端部１０３ｃには、管路１００から（加熱した）流体Ｆを放出するための出口４が設けられている。ループ状に形成された肢１０１、１０２、１０３の３つの長手方向軸Ａは、図１において有利には星形に配置されている。すなわち、それぞれ隣接する２つの肢１０１、１０２；１０２、１０３；１０３、１０１は、１２０°の角度をなしている。

ここでは、肢１０１、１０２、１０３の中間部分１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂの各返しベンドに、三相交流源２の外部導体Ｌ１、Ｌ２ないしはＬ３へのコンタクトＫが設けられており、終端部１０１ａ、１０１ｃ、１０２ａ、１０２ｃ、１０３ａ、１０３ｃは、コンタクトＱを介して中性点Ｓに接続されている。ここでは有利には、互いに接続された、肢１０１、１０２、１０３の終端部１０１ｃ、１０２ａ；１０２ｃ、１０３ａは、各終端部の移行部における共通のコンタクトＱを介して、中性点Ｓないしは中性導体Ｎに接続されている。

図１に示した配置構成は当然のことながら、一般的なＭ相に適用することも可能であり、ただしＭは２以上の自然数である。この場合には、相応してＭ個の肢が設けられ、上記のように接続される。

さらに図２によれば、図１に示した配置構成において、肢１０１、１０２、１０３を互いに別々に構成して、これらの肢を個別の流体流Ｆ、Ｆ’、Ｆ’’が互いに依存しないで通流できるようにすることが可能である。ここでは第１終端部１０１ａ、１０２ａ、１０３ａを流体流Ｆ、Ｆ’、Ｆ’’用の入口として、また第２終端部１０１ｃ、１０２ｃ、１０３ｃをこの流体流用の出口として構成することができる。これらの終端部１０１ａ、１０２ａ、１０３ａないしは１０１ｃ、１０２ｃ、１０３ｃはここでも中性点Ｓに接続されている。

図３には肢１０１、１０２、１０３の経路の変形形態が示されており、ここではこれらは、図１とは異なり、並んで延在している。

この構成によって基本的に、図４に示したように、図３のタイプの複数の管路１００を並べて配置することができ、ここでは個々の肢１０１、１０２、１０３はそれぞれ、中央領域Ｂを出発して外側に向かって径方向Ｒに延在しており、この中央領域には、個々の終端部が配置されており、ここで中性点Ｓに接続されている。ここでループに構成された個々の肢１０１、１０２、１０３の返しベンドは、径方向Ｒ外側に離れた仮想的な円上にあり、それぞれ三相交流源２の相Ｌ１、Ｌ２ないしはＬ３に接続されている。

ここでは各管路１００に三相交流源２が対応付けられており、これらの三相交流源は有利には肢の上方に配置されており、かつ、返しベンドよりも径方向内側に離れて配置されている。これにより、Ｓ（ないしはＮ）及びＬ１、Ｌ２、Ｌ３に至る線路を最短化することができる。管路１００はそれぞれ３つのループ状肢１０１、１０２、１０３を有しており、それらの返しベンドはそれぞれ、対応する電圧源２の外部導体相Ｌ１、Ｌ２ないしはＬ３のうちの１つに接続されている。

わかり易くするため、ここでは図４の１つの管路１００だけを説明する。図４に示した管路部分１００は、図示のように、直列に配置することができ、これによってこれらの管路に流体Ｆを順次に通流させることが可能である。しかしながら、中央領域Ｂに分配器を設けて、この分配器により、それぞれ３つの肢１０１、１０２、１０３を備えた個々の管路１００に流体Ｆを分配して、これらの肢に並列に流体Ｆを通流させることもできる。この後、（加熱した）流体Ｆを再度まとめて、そのさらなる使用のために供給することができる。

上で説明した複数の実施例において、三相交流は、肢１０１、１０２、１０３においてそれぞれ、肢１０１、１０２、１０３の電気抵抗に起因してジュール熱を形成し、このジュール熱は、肢１０１、１０２、１０３を流れる流体Ｆに伝達され、この流体Ｆが熱せられる。

当然のことながら、図３及び図４に示した配置構成は、Ｍ相（Ｍは２以上）に一般化することも可能である。

しかしながら図１〜図４に示した三相交流直接加熱の構成ないしはそこに示した個々の肢１０１、１０２、１０３の星形配置は、必ずしも必要ではない。一般的には複数の管路１００ないし肢１０１、１０２、１０３の任意の幾何学的配置構成が考えられる。本発明による方法ないしは本発明による装置１は基本的に、すべての圧力、温度、寸法などにおいて適用可能である。

技術的な構成において比較的高い比抵抗により、管路１００には、炭素鋼よりも貴金属が有利である。さらに、有利には、流体Ｆを案内する管路よりも格段に低い抵抗で多相交流ないしは三相交流の線路を構成して、この線路の熱形成を最小化する。なぜならばこれは一般的には望ましくないからである。

本発明による解決手段は特に、絶縁低下を生じさせる（例えば分解炉における炭化）媒体を熱する際に有利に適用可能である。本発明では、不所望の電流のリスクが比較的小さいため、場合によっては冒頭に述べた遮断装置を省略することができる。

さらに、それぞれ３つの肢１０１、１０２、１０３における加熱を制御することができ、ここでこの制御は、各相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の電流を対応して調整することによって行われる（このことは、Ｍは２以上であるＭ相の場合にも当てはまる）。

本発明による流体の加熱は基本的に、導電性管路内のすべての媒体に適用可能である。（管路の導電率に比べて）極めて良好に電気を通す流体では、この事実を場合によっては電流の算出に考慮しなければならない。複数の管路ないしは管路部分の幾何学的な経路はフレキシブルであるため有利であり、都度の要求に適合させることが可能である。さらにプロセス要求に管路材料を適合させることができる。電流、電圧及び周波数は、幾何学形状に合わせて選択することができ、基本的な制限が課せられることはない。最大限に到達可能な温度は、使用する管路材料によって制限される。

１ 装置、 ２ 三相交流源、 ３ 入口、 ４ 出口、 １００ 管路、 １０１、１０２、１０３ 肢、 １０１ａ、１０２ａ、１０３ａ 第１終端部、 １０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂ 中間部分、 １０１ｃ、１０２ｃ、１０３ｃ 第２終端部、 Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ 外部導体、 Ｂ 中央領域、 Ｎ 中性導体、 Ｋ、Ｑ 電気コンタクト、 Ｆ、Ｆ’、Ｆ’’ 流体、 Ａ 長手方向軸、 Ｒ 径方向、 Ｓ 中性点、 Ｓ’ 中性点 電圧源

本発明は基本的に個別の管路にも適用可能であり、この場合にはこの個別の管路に１つの電圧源が対応付けられる。
本発明の有利な一実施形態によれば、複数の管路は改質器の複数の反応管として構成される。

ここでは流体が有利には、本発明による装置の１つ以上の管路を通流してこの管路内で加熱される。ここでこの加熱は、少なくとも１つの管路ないしは複数の管路が、少なくとも１つの管路又は複数の管路を流れる多相交流電流ないしは三相交流電流によって加熱され、この場合に少なくとも１つの管路又は複数の管路においてジュール熱が形成され、このジュール熱が流体に伝達されて、この流体が、少なくとも１つの管路ないしは複数の管路を通流する際に加熱される、ことによって行われる。またここでは流体として、複数種の炭化水素と蒸気とからなる事前加熱した混合物を加熱し、これによってこれらの炭化水素を分解する。

Claims (20)

1. ・ 流体（Ｆ）を収容する複数の導電性管路（１００）と、
   ・ 複数の電圧源（２）とを有する、流体の加熱装置であって、
   各管路（１００）には、各前記管路（１００）に接続されている１つずつの電圧源（２）が対応付けられており、
   各前記電圧源（２）は、各管路（１００）に電流を形成し、当該電流が各前記管路（１００）を熱して前記流体（Ｆ）を加熱する、ように構成されており、
   各前記電圧源（２）は、少なくともＭ個の外部導体（Ｌ１、…、ＬＭ）を有しており、ただしＭは２以上の自然数であり、
   各前記電圧源（２）は、その外部導体（Ｌ１、…、ＬＭ）に交流電圧を供給するように構成されており、
   当該交流電圧は互いに２π／Ｍだけ位相シフトされており、
   各前記電圧源（２）の前記外部導体（Ｌ１、…、ＬＭ）は、星形接続部が構成されるように各前記管路（１００）に導電的に接続されており、前記星形接続部では、各前記外部導体（Ｌ１、…、ＬＭ）が、各管路（１００）の少なくとも一部分を介して、前記星形接続部の中性点（Ｓ）に導電的に接続されている、
   ことを特徴とする、流体の加熱装置。
2. 前記電圧源（２）は１つずつの中性線路（Ｎ）を有しており、
   各前記中性線路（Ｎ）は特に、前記中性点（Ｓ）に導電的に接続されている、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記Ｍは３に等しい、
   請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記管路（１００）は、Ｍ個の肢（１０１）を有しており、
   各肢（１０１）は、第１及び第２終端部（１０１ａ、１０１ｃ）ならびに中間部分（１０１ｂ）を有しており、当該中間部分は、２つの前記終端部（１０１ａ、１０１ｃ）を流体通流的かつ導電的に互いに接続している、
   請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置。
5. 各前記肢（１０１、１０２、１０３）の２つの終端部（１０１ａ、１０１ｃ、１０２ａ、１０２ｃ、１０３ａ、１０３ｃ）は、前記中性点（Ｓ）に導電的に接続されている、
   請求項４に記載の装置。
6. 前記肢（１０１、１０２、１０３）の前記中間部分（１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂ）はそれぞれ、各前記電圧源（２）の対応する外部導体（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に導電的に接続されている、
   請求項４又は５に記載の装置。
7. 前記第１肢（１０１）の前記第２終端部（１０１ｃ）は、前記第２肢（１０２）の前記第１終端部（１０２ａ）に、流体通流的かつ導電的に接続されており、特に当該第１終端部（１０２ａ）と一体に成形されており、
   前記第２肢（１０２）の前記第２終端部（１０２ｃ）は、前記第３肢（１０３）の前記第１終端部（１０３ａ）に流体通流的かつ導電的に接続されており、特に当該第１終端部（１０３ａ）と一体に成形されており、
   前記第１肢（１０１）の前記第１終端部（１０１ａ）は特に、前記流体（Ｆ）を各管路（１００）に供給する入口（３）を構成しており、
   前記第３肢（１０３）の前記第２終端部（１０３ｃ）は特に、前記流体（Ｆ）を各管路（１００）から放出する出口（４）を構成している、
   請求項３、又は請求項３を引用する請求項４から６までのいずれか１項に記載の装置。
8. 前記肢（１０１、１０２、１０３）は、互いに流体接続されておらず、かつ、加熱すべき１つずつの流体（Ｆ、Ｆ’、Ｆ’’）を互いに別々に案内するように構成されている、
   請求項４から６までのいずれか１項に記載の装置。
9. 前記肢（１０１、１０２、１０３）はそれぞれループとして構成されており、
   各前記肢（１０１、１０２、１０３）の前記中間部分（１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂ）は、各前記ループ（１０１、１０２、１０３）の端部として構成されており、
   特に、各端部の領域において、それぞれ対応する外部導体（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）が各前記肢（１０１、１０２、１０３）に導電的に接続されている、
   請求項４から８までのいずれか１項に記載の装置。
10. 前記肢（１０１、１０２、１０３）はそれぞれ長手方向軸（Ａ）に沿って延在しており、
    特に、前記肢（１０１、１０２、１０３）は、特に各前記長手方向軸（Ａ）に沿って同じ長さを有する、
    請求項４から９までのいずれか１項に記載の装置。
11. 各前記管路（１００）の前記肢（１０１、１０２、１０３）の前記終端部（１０１ａ、１０１ｃ；１０２ａ、１０２ｃ；１０３ａ、１０３ｃ）は、中央領域（Ｂ）に配置されており、
    当該中央領域（Ｂ）から、前記肢（１０１、１０２、１０３）が、径方向（Ｒ）に沿って外側に延在している、
    請求項４から１０までのいずれか１項に記載の装置。
12. 隣接する各２つの肢（１０１、１０２；１０２、１０３；１０３、１０１）の前記長手方向軸（Ａ）は、１２０°の角度をなす、
    請求項１０又は１１に記載の装置。
13. 前記管路（１００）のうちの複数又はすべての管路は、互いに直列に流体接続されており、これによって当該管路を前記流体（Ｆ）が順次に通流可能である、
    請求項１から１２までのいずれか１項に記載の装置。
14. 前記管路（１００）のうちの複数又はすべての管路は、並列に構成されており、これによって前記流体（Ｆ）を当該並列に構成されている管路（１００）に分配可能である、
    請求項１から１３までのいずれか１項に記載の装置。
15. 請求項１から１４までのいずれか１項に記載の装置を使用して流体（Ｆ）を加熱する方法であって、
    前記流体は、前記装置の前記管路を通流して当該管路内で加熱され、
    当該加熱は、前記管路が、当該管路を流れる多相交流によって加熱されており、前記管路にジュール熱が形成され、当該ジュール熱が前記流体に伝達されて、当該流体が、前記管路を通流する際に加熱される、ことによって行われる、
    ことを特徴とする方法。
16. 流体として、熱分解すべき炭化水素、特に複数種の炭化水素からなる混合物を加熱する、
    請求項１５に記載の方法。
17. 流体として水又は水蒸気を加熱し、
    当該水蒸気を、特に５５０℃から７００℃までの範囲の反応器進入温度に加熱し、
    特に、分解すべき１つ以上の炭化水素に添加する、
    請求項１５に記載の方法。
18. 流体として、複数種の炭化水素及び蒸気からなる事前加熱した混合物を加熱し、これによって前記炭化水素を分解する、
    請求項１５に記載の方法。
19. 流体として、改質炉の燃焼用空気を事前加熱し、
    しかも特に２００℃から８００℃の、有利には４００℃から７００℃の範囲の温度に事前加熱する、
    請求項１５に記載の方法。
20. 前記管路は、改質器の反応管として構成されている、
    請求項１５に記載の方法。

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