(57)【要約】  気相媒体の貫流を可能にするための複数の長手方向のボアを含むジャケットブロックを有する流体の流れを加熱するための電気ヒーター。細長い加熱要素が、ジャケットブロックと一緒になってガスを加熱するための加熱アセンブリを画定するボアの各々を通って延びている。加熱アセンブリは、電気ヒーター内の加熱アセンブリの望ましくない独立した軸方向及び／又は横方向の動きを抑制するように構成された少なくとも１つのブレースを介して、電気ヒーター内に位置的に安定化される。【選択図】図２
2021506077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流れを加熱するための電気ヒーター（１）であって、
第１の長手方向端部（７ａ）及び第２の長手方向端部（７ｂ）を有する軸方向に細長いジャケットブロック（７）を画定する少なくとも１つの軸方向に細長いジャケット要素（６）と、
前記ジャケットブロック（７）を通って内部に延び、それぞれの前記第１の長手方向端部（７ａ）及び第２の長手方向端部（７ｂ）で開いている複数の長手方向ボアまたはチャネル（８）と、
前記ボア又はチャネル（８）を通って軸方向に延びる少なくとも１つの加熱要素（１１）であって、前記ジャケットブロック（７）と共に加熱アセンブリ（５）を形成する、少なくとも１つの加熱要素（１１）と、
前記加熱アセンブリ（５）を少なくとも部分的に取り囲むように配置されたケーシング（２）と、
を備え、
前記ケーシング（２）に対して、前記ジャケットブロック（７）の軸方向及び／又は横方向の動きを抑制するため、前記ジャケットブロック（７）に接触するように前記ケーシング（２）に接続される又は前記ケーシング（２）から突出する少なくとも１つのブレース（１２）によって特徴付けられる電気ヒーター（１）。
【請求項２】
前記ケーシング（２）が、前記加熱アセンブリ（５）を取り囲む外側シース（３）を備え、前記少なくとも１つのブレース（１２）が、前記シース（３）と前記ジャケットブロック（７）との間で半径方向に延在する、請求項１に記載の電気ヒーター。
【請求項３】
前記ケーシングはさらに、前記シース（３）から前記ジャケットブロック（７）に向かって半径方向に延びる少なくとも１つのスペーサー（９ａ、９ｂ）を備え、前記ブレース（１２）は、前記ジャケットブロック（７）に接触するように、前記スペーサー（９ａ、９ｂ）に取り付けられるか、前記スペーサー（９ａ、９ｂ）から延びている、請求項２に記載の電気ヒーター。
【請求項４】
前記ブレース（１２）は、前記長手方向ボア又はチャネル（８）の間の領域でジャケットブロック（７）内に、ジャケットブロック（７）を通って延びる複数のロッド（１８）を備える、請求項３に記載の電気ヒーター。
【請求項５】
前記ブレース（１２）は、前記スペーサ（９ａ、９ｂ）の半径方向内側領域に、又は半径方向内側領域に向って配置されたショルダーブロック（１５）を備える、請求項４に記載の電気ヒーター。
【請求項６】
前記ブレース（１２）は、前記ジャケットブロック（７）の対向する側面に配置された少なくとも１つのショルダーブロック（１５）のペアを備え、前記ロッド（１８）は、前記ジャケットブロック（７）を通って延びるように、前記ショルダーブロック（１５）に取り付けられ、前記ショルダーブロック（１５）間に延びる、請求項５に記載の電気ヒーター。
【請求項７】
前記ジャケットブロック（７）の側面に配置されたショルダーブロック（１５）の少なくとも第１のペアと、
前記ショルダーブロック（１５）間の前記ジャケットブロック（７）を通って横切って延びる前記ロッド（１８）の第１の組と、前記ロッド（１８）の第１の組に対して垂直に前記ジャケットブロック（７）を通って延びる前記ロッド（１８）の第２の組と、
を備える請求項６に記載の電気ヒーター。
【請求項８】
ショルダーブロック（１５）の第１のペアと、前記ジャケットブロック（７）を通って延びる前記ロッド（１８）の第１の組と、
前記ショルダーブロック（１５）の第２のペアと、前記ジャケットブロック（７）を通って延びる前記ロッド（１８）の第２の組とを備え、
前記ショルダーブロック（１５）の第２のペアは、前記第１のペアに対して、前記ジャケットブロック（７）の異なる側面に配置され、前記ロッド（１８）の第２の組は、前記ロッド（１８）の第１の組に対して概ね垂直に伸びる、請求項６に記載の電気ヒーター。
【請求項９】
前記ショルダーブロック（１５）の第１のペアと前記ショルダーブロック（１５）の第２のペアは、前記長手方向端部（７ａ、７ｂ）の間の前記ジャケットブロック（７）の長さに沿った、異なる領域に配置される、請求項８に記載の電気ヒーター。
【請求項１０】
前記ジャケットブロック（７）は、前記ロッド（１８）を受け入れるために、前記長手方向ボア又はチャネル（８）に対して概ね垂直に延在する複数のチャネル（１９）を備える、請求項４に従属する、請求項５から９のいずれか一項に記載の電気ヒーター。
【請求項１１】
一体化された本体として共に組み立てられた複数のジャケット要素（６）を備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電気ヒーター。
【請求項１２】
前記ジャケット要素（６）の各々が、前記ジャケット要素の外面に窪んだ少なくとも第１の溝（１９ａ）及び第２の溝（１９ｂ）を備え、隣接又は近接したジャケット要素（６）の前記第１の溝（１９ａ）及び前記第２の溝（１９ｂ）が整列して、それぞれのチャネル（１９）のうちの１つを画定し、それぞれのロッド（１８）のうちの１つを受容する、請求項１０に従属する、請求項１１に記載の電気ヒーター。
【請求項１３】
前記ジャケット要素（６）の各々が、少なくとも１つの外面の第１の領域に突出部（６ｇ）を、少なくとも１つの外面の第２の領域に溝（６ｆ）を備え、前記ジャケット要素（６）のうちの１つの前記突出部（６ｇ）は、近接するジャケット要素（６）の前記溝（６ｆ）内に少なくとも部分的に位置し、前記ジャケット要素（６）を少なくとも部分的にインターロックするように構成される、請求項１２に記載の電気ヒーター。
【請求項１４】
前記ジャケット要素（６）の各々が、多角形または長方形の外側断面輪郭を含む、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電気ヒーター。
【請求項１５】
前記突出部（６ｇ）及び前記溝（６ｆ）は、それぞれのジャケット要素（６）の異なる側面（６ｂ、６ｃ）に設けられる、請求項１３に従属する、請求項１４に記載の電気ヒーター。
【請求項１６】
前記スペーサ（９ａ、９ｂ）の各々が、前記ジャケットブロック（７）の一部が伸びて通過する、中央開口（１０）を有する部分的な円板形状部材を備える、請求項３に従属する、請求項４から１５のいずれか一項に記載の電気ヒーター。
【請求項１７】
前記ケーシング（２）は、前記加熱アセンブリ（５）を取り囲む概して円筒形のシース（３）を備える、請求項１６に記載の電気ヒーター。
【請求項１８】
前記スペーサ（９ａ、９ｂ）は、前記シース（３）の半径方向内側表面（３ｂ）に取り付けられている、請求項１７に記載の電気ヒーター。
【請求項１９】
前記細長いジャケットブロック（７）を画定するため互いに接触して組み立てられた複数のジャケット要素（６）を含み、前記複数の長手方向ボア又はチャネル（８）はそれぞれ前記ジャケット要素（６）の各々を通って延び、
前記ブレースは、前記ジャケットブロック（７）の対向する側面に配置された少なくとも１つのショルダーブロック（１５）のペアを含み、前記ジャケットブロック（７）を通って延びるように、複数のロッド（１８）が前記ショルダーブロック（１５）に取り付けられて前記ショルダーブロック（１５）間に延びる、
請求項１に記載の電気ヒーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流れを加熱するための電気ヒーターに関し、特に限定するものではないが、加熱要素から流体に熱エネルギーを伝導するように構成された加熱アセンブリの横方向及び／又は軸方向の移動を抑制するための少なくとも１つのブレースを有する電気ヒーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスを高温に加熱するための電気ヒーターは、典型的には、ガスの貫流（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｆｌｏｗ）に適合したチューブと、チューブ内に配置され、チューブの第１の開放端部に流入し、ワイヤを通過し、次いで、第２の開放端部を介してチューブから流出する際に、ガスに熱を伝導する電気加熱要素とを含む。
【０００３】
従来、比較的細いワイヤは、ガスがチューブを流れる際にワイヤに電流を流すことによって加熱効果が達成されるように、チューブ内で螺旋状に巻かれている。したがって、（電熱線を介して）電気エネルギーの熱への変換の有効性は、例えば、印加される利用可能な電圧及びワイヤの抵抗に依存する。したがって、電気ヒーターの有効性は、部分的に、ワイヤによって達成可能な最高温度、流動抵抗及び熱交換に利用可能な表面積に依存する。典型的には、従来の電気プロセスヒーターで達成されうる最大ガス温度は、７００〜９００℃のオーダー又は７００〜９００℃の近傍になりうる。しかしながら、温度が高くなるほどワイヤの破壊や破損の傾向が大きくなる。
【０００４】
つい最近、ＥＰ２９２６６２３において、加熱ロッドと該加熱ロッドが延びる管状ボアとの間に規定の断面比を有する加熱ロッドによって、電気ヒーターが置き換えられることが開示された。単一の加熱要素は、複数の曲がった（又はループ状の）端部を介して、（細長い管状要素内に形成される）複数のボアを通って延びる。１２００℃までのガス加熱温度が開示されている。
【０００５】
電熱線及びジャケットブロックは、典型的には、ケーシングによって少なくとも部分的に封入されるか、または取り囲まれる加熱アセンブリとして定義されうる。ガスが加圧下で加熱アセンブリに押し込まれ、（加熱要素と、ボアを画定する内面との間の）非常に狭い間隙を通って流れることが要求されるため、加熱アセンブリ全体が、アセンブリの「低温」端部と「高温」端部との間の圧力降下によって、シフト及び／又は偏向することがしばしば観察される。この現象は、重力がアセンブリ上の応力及び物理的要求にさらに寄与するように、加熱アセンブリが垂直に配向されている場合には、さらに顕著である。加熱要素に対する加熱ブロックの軸方向及び／又は横方向の偏向は、加熱要素と、局所的な過熱、損傷及び加熱要素の破損につながるジャケットブロックの入口開口部及び出口開口部のエッジとの間の繰り返し接触をもたらす。加熱効果を高めるために、アセンブリの構成要素の動きと振動の大きさをさらに増大させる、より高いガス流速とより大きな圧力差が用いられる。これは次に、加熱アセンブリ構成要素の応力及び疲労を増大させ、摩耗を加速させる。したがって、要求されるのは、これらの問題に対処する電気フローヒーターである。
【発明の概要】
【０００６】
したがって、本発明の態様は、ヒーターの耐用年数を大幅に高めるため、（電気ヒーター内の）加熱アセンブリの構成要素での物理的な応力、疲労及び損傷を最小限に抑えつつ、流体、特に気体（気相媒体）を７００℃、１０００℃のオーダーの中程度から高い加熱温度まで、また、潜在的には１２００℃まで加熱する電気フローヒーターを提供することである。さらなる目的は、加熱アセンブリ構成要素、特に、細長い加熱要素を取り囲み、少なくとも部分的に封入するジャケットブロックを安定化させ、その結果、加熱要素及び／又は加熱アセンブリを取り囲むケーシングに対して、軸方向及び横方向の両方の独立したジャケットブロックの移動が抑制される、好ましくは防止されるようにすることである。
【０００７】
さらなる特定の態様は、（長手方向に延びる複数のボア又はチャネルを有する）コレクティブジャケットブロックを形成するために一緒に組み立てられた個々のジャケット要素を位置的に安定させ、かつ周囲のケーシングに対して、（ジャケットブロック及び加熱要素を含む）加熱アセンブリの個別の移動を最小限に抑えることである。したがって、加熱アセンブリにわたる（加熱アセンブリのガス入口端及びガス出口端に対して）大きな圧力差で高いガス流速に耐えながら、１０００℃又は１２００℃までのオーダーの高い加熱温度を達成するように動作することができる電気ヒーターを提供することが具体的な目的である。
【０００８】
これらの態様は、ジャケットブロックに接触し、ケーシングに対するブロックの軸方向及び／又は横方向の移動を抑制するために、ケーシングに接続されるか、またはケーシングから突出する少なくとも１つのブレースを有する電気流体フローヒーターを介して達成される。
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、第１及び第２の長手方向端部を有する軸方向に細長いジャケットブロックを画定する少なくとも１つの軸方向に細長いジャケット要素と、ジャケットブロックを通って内部に延び、それぞれの第１及び第２の長手方向端部の各々で開いている複数の長手方向ボア又はチャネルと、ボア又はチャネルを通って軸方向に延び、加熱アセンブリを形成する少なくとも１つの加熱要素と、加熱アセンブリを少なくとも部分的に囲むように配置されたケーシングとを備え、ケーシングに対してジャケットブロックの軸方向及び／又は横方向の移動を抑制するようにジャケットブロックに接触するため、ケーシングに接続されるか、又はケーシングから突出する少なくとも１つのブレースによって特徴付けられる、流体の流れを加熱するための電気ヒーターが提供される。
【００１０】
本明細書において、「少なくとも１つの軸方向に細長いジャケット要素」及び「軸方向に細長いジャケットブロック」についての言及は、ヒーターの軸方向に「細長い」となるように、カバー、スリーブ、及び対応する幅又は厚さを上回る長さを有する他のジャケットタイプの要素を包含する。このような「細長い」要素及びブロックについての言及は、それらのそれぞれの長手方向端部の間でほぼ連続的に中実であり、間隙、空洞、間隔、又は他の分離を含まない本体、或いは長手方向端部の間の本体を包含する。
【００１１】
好ましくは、細長いジャケット要素及び細長いジャケットブロックは、加熱要素の直線的な部分又は線形の部分を受け入れるための、少なくとも１つのそれぞれの内部ボアを備えるほぼ直線的な／線形の本体である。したがって、本ジャケット要素及びジャケットブロックは、加熱要素の曲がった又は湾曲した端部の間の直線的な／線形の部分の長さにほぼ沿って、加熱要素の直線的な／線形の部分をほぼ包み込み、覆い、収納し、又は収容するように構成される。したがって、加熱要素の曲がった又は湾曲した部分は、加熱要素／ジャケットブロックから突き出しているだけで、加熱要素／ジャケットブロックによって覆われたり、収納されたりしないことが好ましい。
【００１２】
したがって、本明細書において、「ジャケット」要素及び「ジャケット」ブロックについての言及は、ジャケット要素／ブロックのそれぞれの長手方向端部から突出する加熱要素の曲がった又は湾曲した端部の間でほぼ連続的に、加熱要素を収容し、収納し、取り囲み、覆うそれぞれの中空本体を包含する。
【００１３】
対応する軸方向に細長い内部ボアを有する細長いジャケット要素及びジャケットブロックの効果は、加熱要素と、加熱要素の周囲に密閉された状態でボアを通って流れる流体との間の熱エネルギー伝導の効率を最大化することである。加熱要素及びブロックの長手方向に細長い構成によって、流動流体は、加熱要素の直線的な／線形の部分のほぼ全長にわたって、加熱要素の周囲のボア内に適切に収容される。
【００１４】
本明細書において、細長い加熱要素／ジャケットブロック内のボア又はチャネルから現われる加熱要素のそれぞれの第１及び第２の長手方向端部を参照すると、要素／ブロックのボア内に連続して収容される加熱要素の直線的な／線形の部分とは区別されると考えられる。当然ながら、加熱要素と流体との間の熱伝導のほぼすべてが、細長いボア内で生じる。
【００１５】
任意選択で、ブレースは、単一の構成要素を含んでよく、又は複数の構成要素から形成されてもよい。任意選択で、ブレースは、単一の領域又は複数の領域でジャケットブロックに接触するように構成されてもよい。
【００１６】
上記又は以下に定義される本発明の一実施形態によれば、ケーシングは、加熱アセンブリを取り囲む外側シースを含み、少なくとも１つのブレースは、シースとジャケットブロックとの間で半径方向に延びる。より好ましくは、ケーシングは、シースから半径方向に延び、ジャケットブロックに向かって延びる少なくとも１つのスペーサを備え、ブレースはジャケットブロックに接触するようにスペーサに取り付けられるか、又はスペーサから延びる。好ましくは、スペーサは、溶接を介してシースの内面に機械的に取り付けられたディスク状の部品として形成される。任意選択で、スペーサはシースと一体的に形成されてよく、化学的又は機械的取り付け手段を介してシースに接続され、融合され、又は接着されてもよい。
【００１７】
任意選択で、ブレースは、加熱アセンブリの位置安定性を高めるために、ジャケットブロック内に、ジャケットブロックを通って延びるように構成された少なくとも１つの構成要素を備える。任意選択で、ブレースは、ジャケットブロック内に、ジャケットブロックを通って延びるように構成された少なくとも１つのロッド又はバー部材を備える。好ましくは、ブレースは、長手方向ボア又はチャネルの間の領域でジャケットブロック内に、ジャケットブロックを通って延びる複数のロッドを備える。任意選択で、ロッドは、ジャケットブロックを完全には貫通しないように部分的に延びる。より好ましくは、ブレースは、ジャケットブロックと接触する少なくとも１つのショルダーブロックをさらに備える。好ましくは、ブレース（すなわち、ショルダーブロック）は、少なくとも１つのスペーサの半径方向内側領域に、又はそれに向かって配置される。任意選択で、ブレースは、ジャケットブロックの反対側面に配置された少なくとも１つのショルダーブロックのペアと、ジャケットブロックを通って延びるように、ショルダーブロックに取り付けられ、ショルダーブロック間に延びる複数のロッドと、を備えることができる。特定の実装によれば、電気ヒーターは、ジャケットブロックの側面に配置された少なくともショルダーブロックの第１のペアと、ショルダーブロック間のジャケットブロックを通って横切って延びるブレース（例えばロッド）の第１の組と、ロッドの第１の組に対して垂直にジャケットブロックを通って延びるブレース（例えばロッド）の第２の組と、を備えることができる。
【００１８】
ショルダーブロック（又は複数のブロック）は、この摩擦係合がジャケットブロックをケーシングに対して軸方向及び横方向の両方に位置的に安定させるように、接触しているジャケットブロックの外面に当接するように構成される。本発明が、（ジャケットブロックの各側面に配置された）複数の対向して配置されたショルダーブロックを備える場合、ジャケットブロックは同様に、少なくとも１つのスペーサを介してケーシングにしっかりと取り付けられたショルダーブロックの間に挟まれているとみなすことができる。理解されるように、また、さらなる実施形態によれば、ショルダーブロックは、ケーシングに直接取り付けられてもよく、又は、ケーシングから内側に突出するようにケーシングと一体に形成されて、ジャケットブロックの外面と接触するようにしてもよい。好ましくは、加熱アセンブリの位置安定性をさらに高めるために、ブレースは、加熱アセンブリの外面の少なくとも１つの領域に接触する一又は複数のブロックに加えて、加熱アセンブリを通って延びる複数のロッドを備える。好ましい実装によれば、電気ヒーターは、ショルダーブロックの第１のペアと、ジャケットブロックを通って延びるロッドの第１の組と、ショルダーブロックの第２のペアと、ジャケットブロックを通って延びるロッドの第２の組とを備え、ショルダーブロックの第２のペアは、ロッドの第１の組に概ね垂直に伸びるロッドの第１のペアと第２の組に対して、ジャケットブロックの異なる側面に配置される。
【００１９】
少なくとも１つのロッドは、任意選択で、ロッドの第１及び第２の組であり、好ましくは、それぞれのチャネル（又はボア）を通って延び、次いで、ジャケットブロックを通って延び、加熱要素が延びる長手方向ボアに対して垂直に整列される。ロッドを受け入れるためのボアは、使用中に電気ヒーターの低温端から高温端へのボア（又はチャネル）を通る長手方向のガス流を妨げうる長手方向に延びるボアの間を通過し、ボアとは干渉しない。
【００２０】
上記または以下に定義される本発明の一実施形態によれば、ショルダーブロックの第１のペア及びショルダーブロックの第２のペアは、ジャケットブロックの長手方向端部間の長さに沿って異なる領域に配置される。この構成は、ショルダーブロック及びロッドの異なるペアと組みによってそれぞれ提供される安定化効果を軸方向に分配することに加えて、ロッドの第１の組と第２の組が互いに干渉しないようにする。好ましくは、ジャケットブロックは、ブレース（即ち、ロッド）の少なくとも一部を受け入れるために、長手方向ボアに対してほぼ垂直に延びる複数のクロスボア又はチャネルを備える。
【００２１】
本構成は、細長いジャケット要素／ブロックのそれぞれの長手方向端部の間の細長いボア内に閉塞されていない流体の流れを提供することによって、加熱要素と流体との間の熱エネルギー伝導の程度及び効率を最大にするのに有利である。したがって、ジャケットブロックを位置的に安定させる位置的支持ブレース、ショルダーブロック、ロッド等は、流体の流れに干渉せず、したがってエネルギー伝達効率を妨げない。特に、ブレース（及び関連する構成要素）は、加熱要素のそれぞれの湾曲した／曲がった部分の間の線形直線部分において加熱要素と接触しない。
【００２２】
好ましくは、加熱要素の終端部は、管状要素／ジャケットブロックの同じ端部に出入りし、これは、典型的には、加熱されたガスが現われる「高温」端部（約１０００℃）に対してガスが流れ込む「低温」端部（周囲温度又はより低い温度）である。次いで、加熱要素の２つの終端部は、電圧を印加するため対応する端子に接続され、その結果、加熱要素と各ボアを画定する内面との間に画定された間隙を通って流れるガスを加熱することができる。
【００２３】
任意選択で、電気ヒーターは、一体化された本体として一緒に組み立てられた複数のジャケット要素を備える。一体化された本体は、ジャケットブロックの外面と接触するか、部分的に接触するか、又はほぼ接触するように取り囲むように配置されたスペーサを介して一緒に保持されてもよい。
【００２４】
上記又は以下に定義されるような本発明の一実施形態によれば、ジャケット要素は、隣接又は近接したジャケット要素の第１及び第２の溝が整列して、それぞれのチャネルのうちの１つを画定し、ブレース（すなわち、ロッド）の少なくとも一部を受容するように、ジャケット要素の外面に窪んだ少なくとも第１及び第２の溝を備える。
【００２５】
任意選択で、ジャケット要素は、第１の領域に突出部と、少なくとも１つの外面の第２の領域に溝とを備え、ジャケット要素のうちの１つの突出部は、少なくとも部分的にジャケット要素をインターロックするために、近接したジャケット要素の溝内に少なくとも部分的に位置するように構成される。このような構成は、互い対して、及び／又は、長手方向ボア内に延びる加熱要素に対して、ジャケット要素の独立した軸方向及び横方向の移動を防止するのに有利である。任意選択で、ジャケット要素の外面は、多角形又は長方形の外側断面輪郭を備える。ジャケット要素は、それらの外形輪郭を介して、コレクティブブロックとして互いに密着して位置することができる。ジャケット要素が、舌状部／突出部及び溝配列などのインターロックのための手段を含む場合、舌状部／突出部及び溝は、それぞれのジャケット要素の異なる側面に設けられる。
【００２６】
好ましい実施形態によれば、ケーシング及び少なくとも１つのスペーサは、金属材料を含む。好ましくは、少なくとも１つのジャケット要素及びブレースの少なくとも一部は、耐火材料又はセラミック材料などの非導電性材料を含む。好ましくは、ロッドが非導電性であるように、ロッドは任意選択で、耐火材料またはセラミック材料によって部分的に又は全体的に囲まれた、又は被覆された金属（コア）を含みうる。好ましくは、ショルダーブロックは、金属から形成されうる。代替的に、ショルダーブロックは、耐火材料またはセラミック材料から形成されてもよい。
【００２７】
好ましい実施形態によれば、電気ヒーターは、細長いジャケットブロックを画定するために互いに接触して一緒に組み立てられた複数のジャケット要素を備え、複数の長手方向ボアの各々は、ジャケット要素の各々を通ってそれぞれ延びる。ブレースは、ジャケットブロックの反対側面に位置決めされた少なくともショルダーブロックのペアと、ジャケットブロックを通って延びるようにショルダーブロックの間に取り付けられて延びる複数のロッドとを含む。
【００２８】
ブレース及びジャケットブロックの表面被覆を任意選択で含む少なくとも一部は、好ましくは、同じ耐熱性耐火材料から形成され、互いにぴったりと嵌合するように配置される。したがって、ジャケットブロックとブレースの熱膨張差は（材料の選択により）最小限に抑えられ、電気ヒーターによる１２００℃までの高温加熱を可能にする。
【００２９】
ジャケット要素の中空ボア又はチャネルは、好ましくは、その断面が加熱要素の外部断面のサイズに適合される。円形断面を有する通常の加熱ワイヤの場合、ボア又はチャンネルはそれぞれ、（各ボアの軸長に沿って）均一な環状の間隙を提供するように、円形の断面を備え、これにより、加熱要素での必要以上の過熱又は応力なしに、最大１２００℃近辺の温度までのガスの加熱が容易になる。また、これらのボア又はチャネルの断面は、一実施形態では、加熱要素を縦軸に垂直なボアの中心に配置するために、周囲に沿ったスペーサを含みうる。
【００３０】
明細書内での「加熱要素」への言及は、比較的細いワイヤ及びより大きな断面の加熱ロッドを包含する。このような加熱ロッド又はワイヤは、好ましくは、鉄−クロム−アルミニウム（Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ）合金又はニッケル−クロム−鉄（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ）合金を含む。小さな断面を有する細いワイヤは、各ボアの軸に沿って直線的に延びるように十分な剛性及び安定性を提供するのに適している。
【００３１】
多くの実際的な場合において、加熱要素と、各ボア又は各チャネルを画定する内部に面する表面との間の最大内部間隔は、０．２ｍｍから２ｍｍの間であるが、０．０２ｍｍから５０ｍｍの間のより広い範囲内にあってもよい。任意選択で、より厚い加熱要素は次に、互いに絡み合った又は撚り合わされた個々のロッド又はワイヤの束を含みうる。このような実施形態では、上記の内部間隔は、各長手方向ボア又はチャネルを画定する内面に対するロッド又はワイヤの束の間の内部間隔によって画定される。
【００３２】
明細書内での「ケーシング」への言及は、内部に取り付けられた加熱アセンブリ（加熱要素及びジャケットブロックを含む）の周囲に配置される電気ヒーターの構成要素を包含する。このような構成要素には、支持支柱、内側又は外側のシース或いはハウジング、支持ブレース（ヒーターの内部及び外部の両方）、バー、ロッド、スポーク、スペーシング又は支持フランジなどが含まれうる。任意選択で、ケーシングは、加熱アセンブリを封入するほぼ円筒形のシースを含みうる。
【００３３】
任意選択で、各ボア又は各チャネルの直径は、１ｍｍ〜２０ｍｍ、さらには０．５ｍｍ〜６０ｍｍの範囲であってもよい。したがって、ロッドの断面積と各孔／チャネルの内部断面積との好ましい比率は、０．０４〜０．９５、０．０４〜０．８、０．０４〜０．９、０．１〜０．９５、０．２〜０．９５、０．３〜０．８、又は０．５〜０．９の範囲であってもよい。
【００３４】
加熱要素は、入口開口部から出口開口部まで、各ボア又は各チャンネルを通って延びている。加熱されるガスは、ボア又はチャネルを通り、加熱要素に沿って流れる。ボア又はチャネルの長さに対する内部断面は、一定である必要はないが、実質的に一定のクリアランスギャップを生成するため、特に加熱要素と各ボア又は各チャネルの内面との間の一定の環状の間隙を生成するためには一定であることが好ましい。各ボアは、内側突出部を備えることができ、内側突出部は、加熱要素をボア面の残部から一定の距離を保つために、内面に沿って、かつその周囲に分布する。各ボア又はチャネルの軸方向長さの少なくとも６０％に沿って、ほぼ一定の環状の間隙が、加熱要素と係合する突出部を除いて達成される。
【００３５】
ジャケット要素はそれぞれ、任意の多角形断面を有してもよい。この点に関して、外面の共通する平坦で平面的な部分を形成するため、六角形又は直交する断面の管、又は任意の他の外部多角形輪郭を使用することが可能である。特に、ジャケット要素の辺の長さが等しい四角形又は三角形の外部輪郭は、ジャケット要素の非常にコンパクトな組立配置を可能にし、そこで、ブレースは、本明細書に記載されるように、アセンブリ内のジャケット要素の外側側面によって形成される平坦な表面部分に沿って延びてもよい。その結果、ブレースの少なくとも一部がジャケット要素／ジャケットブロックの外面及び／又は内側領域に係合するため、共通軸の長手方向の変位ならびに（それに垂直な方向の）横方向の変位が阻止される。
【００３６】
また、共通軸に対する変位に対するコンパクト性及び安定性を高めるために、異なる多角形断面のジャケット要素を同一アレイ内で使用することが可能である。本発明の一実施形態では、端面の上面にあって、共通軸に沿ったジャケット要素は、ハニカム構造を形成する。任意選択で、ジャケット要素のアレイは、直方体を形成しうる。ジャケット要素の少なくとも外側面は、アセンブリの包絡面を形成し、好ましくは、ブレースの少なくとも一部と接触係合する。本発明の一実施形態では、アレイのすべてのジャケット要素は、同一の矩形断面を有し、特に、（ジャケット要素の（共通の）軸に沿った平面図で）矩形アレイを形成するために、辺の長さが等しい四角形の断面を有する。
【００３７】
任意選択で、ジャケット要素の各々は、その側面のうちの少なくとも１つに凹部形成され、ジャケット要素の軸に対して垂直に整列された少なくとも１つの溝を備える。一実施形態では、ジャケット要素は、互いに対して軸方向に整列またはオフセットされうる、複数の（例えば、異なる、対向する、又は近接する）側面上に溝を備える。好ましくは、溝は、直径方向に対向して、平行な配向で側面上に設けられ、同じ軸方向位置に配置される。本発明の別の実施形態では、ブレーシングロッドは、整列した溝の組によって、ボアに沿った変位に対して固定される。
【００３８】
任意選択で、ロッドは、加熱アセンブリ（ジャケット要素）の外面の一部と嵌合する対応ブラケットを通って誘導されるか、又はその中に固定され、ブラケットは、スペーサを介して直接又は間接的にケーシングに固定される。任意選択で、ブラケットは、スペーサ及び／又はケーシングと一体に形成されてもよい。任意選択で、ロッドは、ブラケット、スペーサ又はケーシングと一体に形成される。
【００３９】
ジャケット要素がインターロックする関係で互いに嵌合すること、又はぴったりと噛み合うことが可能になるように、各ジャケット要素は、任意選択で、外部表面において対応する溝又は凹部から離間して配置されたリブ、リッジ、突出部又は舌状部を含みうる。このような構成は、ジャケット要素の横方向の動きを抑制して、本明細書でジャケットブロックと称される固定アセンブリを形成するのに有利である。任意選択で、それぞれの突出部及び凹部／溝は、それぞれの第１の端部と第２の端部との間のジャケット要素の各々に沿って長手方向に延びてもよい。任意選択で、それぞれの突出部及び凹部／溝は、細長いボアに垂直なジャケット要素を横切って幅方向又は横方向に延びてもよい。ジャケット要素の外面が、その全軸長にほぼ沿って互いに密着して嵌合するように配置されるように、ジャケット要素は、任意選択で、協働する形状を有する同様に湾曲した又は多角形の断面輪郭を介して、共にぴったりと噛み合ってもよい。示されているように、任意選択で、ジャケットブロックは、ジャケットブロックの第１の長手方向端部と第２の長手方向端部との間に延びる複数の平行な細長いボアを備える単一の本体として形成されてもよい。
【００４０】
本発明の特定の実装態様を単なる実施例として、添付の図面を参照しながら以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一態様による電気ヒーターの一部の斜視図である。
【図２】図１の電気ヒーターの一部を形成する加熱アセンブリの斜視図である。
【図３】図１の電気ヒーターの一部の側断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａに沿った断面図である。
【図５】図２の加熱アセンブリの一部を形成するジャケット要素及び加熱要素の一部の斜視図である。
【図６】密接に嵌合する接触状態で一緒に組み立てられた一対のジャケット要素のさらなる斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１、図２及び図３を参照すると、電気ヒーター１は、両軸端で開口した内部チャンバ４を画定する円筒状のシース３（それぞれ、内部及び外部の対向面３ｂ、３ａを有する）の形態のケーシング２を備える。一般的に、参照符号５によって示される加熱アセンブリは、チャンバ４内に取り付けられる。加熱アセンブリ５は、長手方向に細長いジャケットブロック７を形成するように一緒に組み立てられ保持される複数の長手方向に細長いジャケット要素６から形成される。各細長いジャケット要素６は、ジャケットブロック７の第１の軸端部７ａと第２の軸端部７ｂで開口するように各ジャケット要素６の全長にわたって長手方向に延びる長手方向内部ボア８を備える。ジャケット要素６及びジャケットブロック７は、固体塊及び空間が第１の軸端部７ａと第２の軸端部７ｂとの間に連続的に延びる中空体として形成される。すなわち、ジャケット要素６及びジャケットブロック７は、端部７ａと端部７ｂとの間で不連続ではない。このような構成は、本明細書でさらに詳細に説明するように、それぞれのジャケット要素６内の熱エネルギー伝導の程度及び効率を最大化するのに有利である。
【００４３】
ジャケットブロック７は、各ジャケットブロック軸端部７ａ、７ｂに向かって長手方向に位置決めされた一対の円板状スペーサ９ａ、９ｂを介して（ケーシング２内に）位置決めされている。シース３及びスペーサ９ａ、９ｂは、スペーサ９ａ、９ｂが溶接を介してシース３の内部対向面３ｂに固定されるように金属から形成されてもよい。各スペーサ９ａ、９ｂは、矩形の形状輪郭を有し、外部の概して立方体の形状輪郭をも含むジャケットブロック７を収容するように寸法決めされた中央開口１０を備える。したがって、ジャケットブロック７は、チャンバ４内に懸架され、スリーブ内部対向面３ｂから空間的に分離されるように、各スペーサ開口１０内に取り付けられる。
【００４４】
一般的に参照符号１１によって示される加熱要素は、ジャケットブロック７の軸端部の１つからほぼ突出するそれぞれの端部１１ｄ、１１ｅを有する細長いロッドとして形成される。端部１１ｄ、１１ｅは、説明のために、ジャケットブロック７の「高温」端部７ｂから突出するように図１〜図３に示されている。端部１１ｄ、１１ｅは、好ましくは、ジャケットブロック７の「低温」端部７ａから延びている。加熱要素１１は、概して円形の断面輪郭を含み、各ジャケット要素ボア８の断面積よりも僅かに小さい寸法にされている。単一の加熱要素１１は、それぞれの曲げられた軸端部１１ａ及び１１ｂを介して、ジャケットブロック７の各細長いボア８を順次貫通して延びるように適合されている。特に、加熱要素１１は、第１のジャケット要素６の１つのボア８から現われ、ジャケットブロックの第１の軸端部７ａで近接又は隣接するボア８に戻るように、（加熱要素端部１１ａで）１８０度曲げられる。これは、曲げられた端部１１ｂを介してジャケットブロックの第２の軸端部７ｂで繰り返される。加熱要素端部１１ｄ、１１ｅは、理解されるように、電流を要素１１に通すことを可能にするため、電気接続部に結合することができる。
【００４５】
図６を参照すると、各ジャケット要素６は、ほぼ平面的な４つの長手方向に延びる側面６ａ、６ｂ、６ｅ及び６ｈを備え、その結果、ジャケット要素６の個々の側面がジャケットブロック７の外部対向面を形成する直方体の一体化された本体を形成するように、各ジャケット要素は、ジャケット要素一緒に接触して位置することができるように適合されたほぼ正方形の外部断面形状輪郭を備える。各スペーサ開口１０と（ジャケット要素の側面６ａ、６ｂ、６ｅ、６ｈによって画定される）ジャケットブロック７の外面との間に小さな間隙が設けられる。このような間隙は、（典型的には金属から形成される）スペーサ９ａ、９ｂと、好ましくは非導電性耐火材料から形成されるジャケット要素６との熱膨張差を適合した。しかしながら、ジャケットブロック７及び加熱要素１１の少なくともある程度の構造的支持は、ジャケットブロック７と少なくとも部分的に接触するスペーサ９ａ、９ｂ（開口１０を介して）によって提供される。（ヒーター１を通って延びる縦軸２０に対して）個々のジャケット要素６の各々の軸方向及び横方向の移動を抑制するために、各ジャケット要素６は、ジャケット要素６を横切って横方向に、かつ、軸２０に垂直に延びる溝６ｆ及び対応するリブ６ｇを含む。隣接するジャケット要素６の溝６ｆ及びリブ６ｇは、互いに相互嵌合するように適合され、軸方向負荷力及び横方向せん断力に抵抗するように部品が互いにぴったりと噛み合うジャケットブロック７を提供する。図５の溝及びリブ配置（６ｆ、６ｇ）は、スペーサ９ａ、９ｂを介して加熱アセンブリ５の位置保持を補完する。
【００４６】
図２、図３及び図４を参照すると、本電気ヒーターは、電気ヒーター１内で、特にケーシング２に対して、（ジャケットブロック７及び加熱要素１１を包含する）加熱アセンブリ５を位置的に安定させるように構成された、一般的に参照符号１２によって示される少なくとも１つのブレース（代替的に、加熱アセンブリ安定化ユニットとも称される）を備えて具体的に構成される。このような構成は、ヒーター１内で、並びにケーシング２に関して、加熱アセンブリ５の独立した動きを最小限に抑えるのに有利である。
【００４７】
理解されるように、加熱要素１１及びボア８の寸法は、各ボア８の内向きの面と加熱要素１１の外面との間の所望の小さな分離間隙を達成するように注意深く制御される。このような構成は、軸端部７ａで入口流１４ａとして最初にチャンバ４内に導入され、次に各ボア８を通って流れ、軸端部７ｂで出口流１４ｂとして加熱アセンブリ５から出る気相媒体の流れに対して、要素１１からの熱エネルギー伝導の有効性及び効率を最大化させるのに有利である。電気ヒーター１が使用時に垂直に吊り下げられると、曲げられた端部１１ａ、１１ｂと端面６ｃとの間の、特に各ボア８の入口端及び出口端を画定する環状エッジとの間の望ましくない接触は、加熱要素１１の疲労及び損傷、並びにそれに対応するヒーター１の使用寿命低下の一因となる。これを軽減するために、ブレース１２は、特に、加熱要素１１に対するジャケットブロック７の任意の独立した軸方向及び横方向の動きを抑制するように、特に防止するように適合される。
【００４８】
有利には、ブレース１２は、加熱ガス流出１４ｂのための（最大１２００℃の温度の）「高温」軸端部と比べて、ガスの入口流１４ａに対応する加熱アセンブリ５の（周囲温度により近い）「低温」軸端部に、又は「低温」軸端部に向かって配置される。「低温の」第１の軸端部７ａは、第２の軸端部７ｂに対してより低い応力（より低い温度差）の領域であり、そのため、第１の軸端部７ａに向かって安定化することは、より実用的かつ効果的である。
【００４９】
図４及び図５を参照すると、ブレース１２は、スペーサ９ａの前面１６に固定され、対向ガス流１４ａに向って前方に突出するように離間されたブラケット１５のペアを備える。ボアホール１７は、ヒーター１の主縦軸２０に対して垂直に延びる軸１６に沿って、各ブラケット１５を貫通して延びる。細長いロッド（又はバー）１８は、軸１６の中心に位置するように、また対向するブラケット１５の各々の間でジャケットブロック７を通って横方向に延びるように、各ボアホール１７内に取り付けられる。本発明は、各々が互いに平行で主縦軸２０に対して垂直なジャケットブロック７を通って延びる複数の安定化ロッド１８を備える。
【００５０】
各ジャケット要素６は、図６のリブ６ｇと溝６ｆに加えて、図６のリブ６ｇ及び溝６ｆに対して各ジャケット要素６の長さに沿った異なる軸方向位置に配置される付加的な溝１９ａ、１９ｂのペアも含む。図５を参照すると、溝１９ａ、１９ｂは、ジャケット要素６の長さに沿った同じ軸方向位置で、直径方向に対向する側面６ｂ、６ｅに設けられ、主軸２０に対して垂直なジャケット要素６を横切って横方向に延びる。各溝１９ａ、１９ｂは、ロッド１８の外面の一部に対応するように（軸１６に対して）半円形の断面輪郭を備える。したがって、ジャケット要素６が共に配置されてアレイ（ジャケットブロック６）を形成する場合、図４に例示されているように、隣接するジャケット要素６の溝１９ａ、１９ｂは、円形断面のチャネル１９（代替的にボアホールと称される）を画定するように整列する。チャネル１９は、ジャケットブロック７を通って横方向に延び、各ロッド１８を収容するように構成されている。チャネル１９は、ボア７及び導電性加熱要素１１と干渉しないように、主ボア７の側面に対して横方向に配置されている。好ましい特定の実装によれば、各ロッド１８は、耐火コーティングによって囲まれた金属コアを含む。このような構成は、ロッド１８とジャケットブロック７との任意の熱膨張差を最小にするのに有利である。したがって、ブラケット１５を介する本電気ヒーターは、加熱アセンブリ５を外部表面領域６ａ、６ｂ、６ｅ、６ｈで安定させ、また、ロッド１８を介してジャケットブロック７の内部接触を介して安定させるように構成される。
【００５１】
電気ヒーターは、ブラケット１５の１つのペアと、対応するロッド１８の第１の組とを備えるように図示され、説明されているが、ヒーター１は、さらなる特定の実装によれば、ブラケット１５の複数のペアと、ロッド１８の複数の組とを備えてもよい。このような追加のペア及び組は、軸端部７ａと７ｂとの間の加熱アセンブリ５の軸方向の長さに沿った、異なる領域に設けられてもよい。このような構成は、加熱アセンブリ５をその軸方向長さに沿って安定させるのに有利である。代替的に、ブレース１２の複数のペア及び組は、ガス入口流１４ａの「低温」端部（７ａ）に向かって配置されてもよい。
【００５２】
軸方向及び横方向に安定化された加熱アセンブリ５を有する本電気ヒーターは、加熱要素１１及びケーシング２に対するジャケットブロック７の独立した動きを最小限に抑えて、動作寿命を延ばすように構成されている。本電気ヒーター内の熱エネルギー伝導の有効性及び効率は、それぞれの端部７ａと７ｂとの間で連続的に長さ方向（軸方向）に延びる加熱要素６によってもたらされる。特に、加熱要素１１は、端部７ａと７ｂとの間の細長いジャケット要素６によって完全にかつ連続的に収納され、覆われ、収容される。
【００５３】
理解されるように、主題の発明は、ジャケットブロック７を通って挿入されるブラケット１５及び細長いロッド１８を参照して記載されるが、同じ安定化は、ジャケットブロック７の外部及び／又は内部領域が、ケーシング２に直接又は間接的に（例えば、中間スペーサ９ａ、９ｂを介して）固定される少なくとも一又は複数の当接構成要素及び／又は部材によって接触される、代替の構成要素及び配置を介して達成されうる。例えば、このような当接構成要素は、ジャケットブロック７の外部及び／又は内部領域での当接接触に適合したフランジ、突出部、アイレット、フック形状部材、プレート、シース、ワイヤ、ケーブル、ピン、メッシュ、グリッド、又はワッシャを備えてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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