AT528041A1

AT528041A1 - Einrichtung zur thermischen Behandlung eines Stoffes

Info

Publication number: AT528041A1
Application number: ATA50140/2024A
Authority: AT
Inventors: Wiggen Werner; Linn Maximilian
Original assignee: Thermal Proc Solutions Gmbh
Priority date: 2024-02-21
Filing date: 2024-02-21
Publication date: 2025-09-15
Also published as: AT528041B1; WO2025175331A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung (1) zur thermischen Behandlung eines Stoffes, umfassend eine Behandlungskammer (2), zumindest eine Vorrichtung (5) zur Bereitstellung eines Plasmas, und einen Heißgaskanal (6), wobei der Heißgaskanal (6) zwischen der Vorrichtung (5) zur Bereitstellung eines Plasmas und der Behandlungskammer (2) angeordnet oder ausgebildet ist, und einen Einlass (7) für einen mit der Vorrichtung (5) zur Bereitstellung eines Plasmas erzeugten Heißgasstrom und einen Auslass (8) in die Behandlungskammer (2) aufweist. Der Heißgaskanal (6) weist zumindest einen weiteren Auslass (8) für den Heißgasstrom in die Behandlungskammer (2) auf. Der Heißgaskanal (6) und/oder die Vorrichtung (5) zur Bereitstellung eines Plasmas kann zumindest einen weiteren Einlass (7) für einen weiteren Heißgasstrom aufweisen.

Description

für den Heißgasstrom in die Behandlungskammer aufweist.

Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur thermischen Behandlung eines Stoffes, insbesondere eines Feststoffes, in einer Behandlungskammer mit einem Heißgasstrom, der in oder mit einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas

erzeugt und über einen HeiRgaskanal in die Behandlungskammer eingeleitet wird.

Der Einsatz von sogenannten Plasmabrennern unterschiedlichster Ausführungen für die thermische Behandlung von Substanzen, insbesondere von Metallen, ist

bereits im Stand der Technik dokumentiert.

So beschreibt zum Beispiel die DE10 2020 202 484 A1 eine Vorrichtung zum Schmelzen von Metallen, deren Schmelztemperatur kleiner 1000 °C ist, bei der an einem Schmelzofen eine Einrichtung zur Ausbildung eines Plasma angeordnet ist, wobei die Einrichtung an eine elektrische Spannungsversorgung und an die Einrichtung mindestens eine erste Zuführung für ein Plasmagas, mit dem das Plasma ausbildbar ist, angeschlossen ist und die Einrichtung so ausgebildet, dimensioniert, angeordnet und/oder ausgerichtet ist, dass das ausgebildete Plasma in ei-

nem Abstand zum Metall als Schmelzgut angeordnet ist, und dabei mit dem

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ein Tiegel im Schmelzofen angeordnet ist.

Die US 2004/107796 A1 beschreibt ein plasmaunterstütztes Schmelzverfahren, umfassend: Bilden eines Plasmas in einem Hohlraum, indem ein erstes Gas elektromagnetischer Strahlung mit einer Frequenz von weniger als etwa 333 GHz in Gegenwart eines Plasmakatalysators ausgesetzt wird; Erhitzen eines zweiten Gases mit dem Plasma; Hinzufügen eines Feststoffs zu einem Schmelzgefäß; und Richten des erhitzten zweiten Gases auf den Feststoff, ausreichend, um den Fest-

stoff zumindest zu schmelzen.

Induktionsplasmabrenner sind aus der EP 1 433 366 A1, der DE 69216970 T2, der EP 3314 989 B1 und der EP 2 671 430 B1 bekannt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mit einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas eine thermische Behandlung von einem Soff durchzuführen, ohne diesen zu schmelzen, und mit möglichst definierter, insbesondere

gleichmäßiger, Temperaturverteilung in der Behandlungskammer.

Die Aufgabe wird mit der eingangs genannten Einrichtung dadurch gelöst, dass der HeiRßgaskanal zumindest einen weiteren Auslass für den HeiRgasstrom in die Behandlungskammer aufweist und/oder dass der HeiRgaskanal und/oder die Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas zumindest einen weiteren Einlass für ei-

nen weiteren HeiRgasstrom aufweist/aufweisen.

Weiter wird die Aufgabe der Erfindung mit dem eingangs genannten Verfahren gelöst, nach dem der HeiRgasstrom über mehrere Auslässe in die Behandlungskam-

mer eingeleitet wird.

Von Vorteil ist dabei, dass durch den zumindest einen weiteren Auslass eine Aufteilung des Heißgasstromes auf mehrere Abschnitte der Behandlungskammer erreicht werden kann. Es ist damit möglich, die Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas mit einer niedrigeren Frequenz zu betreiben, obwohl damit eine höhere

Leistung verbunden ist. Die Verwendung einer niedrigeren Frequenz hat wiederum

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lung eines Stoffes reduziert werden.

Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der HeiRßgaskanal und/oder die Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas zumindest einen weiteren Einlass für einen weiteren HeiRßgasstrom aufweist/aufweisen. Die entsprechende Ausführungsvariante des Verfahrens sieht dazu vor, dass der Heißgasstrom vor dem Einleiten in die Behandlungskammer mit einem weiteren Heißgasstrom vermischt wird. Es ist damit eine weitere Reduktion des Temperaturniveaus der an die einzelnen Auslässe des HeiRgaskanals verteilten Teilströme an Heißgas erreichbar, wenn der weitere Heizgasstrom eine Temperatur aufweist, die kleiner ist jene des HeiRgasstroms aus der Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas. Über die Regelung der Volumenströme an Heißgas und weiterem Heißgas kann in weiterer Folge die Temperatur des eingeleiteten HeiRgases ermöglicht werden, indem z.B. ein entsprechend höherer Volumenstrom an „kühlerem“ weitem Heißgas zugeführt wird. Gleichzeitig kann aber eine zu starke Abkühlung des Heißgasstroms aus der Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas, wie dies beispielsweise im Falle der Einleitung von einem Kaltgasstrom der Fall wäre, vermieden werden. Durch die Einmischung des weiteren Heißgasstroms in den Heißgasstrom aus der Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas kann also dessen hohe thermische Leistung einfacher auf mehrere kleinere thermische Gasströme

aufgeteilt werden.

Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der weitere Einlass für den weiteren HeiRgasstrom mit einem weiteren Heiß-

gaskanal strömungsverbunden ist, wobei der weitere Heißgaskanal mit einem

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thermischen Behandlung eines Stoffes verbessert werden.

Für eine homogenere Wärmeverteilung in der Behandlungskammer bzw. für eine bessere Durchmischung der HeiRgasströme durch Schaffung einer größeren Mischkammer kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen

sein, dass der Heißgaskanal mit einer Querschnittserweiterung ausgebildet ist.

Zur weiteren Verbesserung dieser Effekte kann nach einer Ausführungsvariante dazu vorgesehen sein, dass die Querschnittserweiterung fächerförmig ausgebildet

ist.

Entsprechend einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Auslass und der zumindest eine weitere Auslass unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Es ist damit möglich, Druckverluste im Heißgaskanal zu berücksichtigen bzw. darauf Einfluss zu nehmen, sodass durch die Auslässe zumindest annähernd gleiche Volumenteilströme an Heißgas in die Behandlungskammer gelangen. Dies wiederum ermöglicht eine homogenere Temperaturvertei-

lung in der Behandlungskammer (bezogen auf das eingebrachte Heißgas).

Eine bessere Durchmischung bzw. eine bessere Leitung von Teilvolumina zu den Auslässen kann erreicht werden, wenn gemäß einer Ausführungsvariante der Er-

findung im HeiRgaskanal zumindest eine Strömungsleitelement angeordnet ist.

Es kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung auch vorgesehen sein, dass in der Behandlungskammer zumindest ein weiteres, den Auslass und/oder den zumindest einen weiteren Auslass überdeckendes Strömungsleitelement angeordnet ist. Der in der Behandlungskammer vorliegende Stoff wird damit nicht direkt mit den HeiRgasteilströmen angeströmt, sodass eine bessere Durchmischung des eintretenden HeiRgases mit der Atmosphäre in der Behandlungskammer und

damit auch eine homogenere Temperaturverteilung erreichbar sind.

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auf einer höheren Temperatur gehalten werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann aber auch vorgesehen sein, dass der Heißgaskanal teilweise an einer Außenseite der Behandlungskammer angeordnet ist, womit der konstruktive Aufwand der Einrichtung zur

thermischen Behandlung eines Stoffes reduziert werden kann.

Entsprechend einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass an den Heißgaskanal zumindest eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas angeschlossen ist. Es ist damit bei großen Gesamtleistungen möglich die Auslässe, die einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas zugeordnet sind, mit der weiteren Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas zu verschachteln, um den Teillastbereich zu minimieren. Die beiden Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas können wechselseitig an und ausgestellt werden. Hierdurch kann eine Leistungsreduktion erreicht werden, ohne die Leistung der Vor-

richtung zur Bereitstellung eines Plasmas zu reduzieren.

Nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der HeiRgaskanal zumindest einen zweiten weiteren Einlass für einen zweiten weiteren HeiRgasstrom aufweist und dass in dem weiteren und dem zweiten weiteren HeiRgasstrom jeweils ein Stellelement zur Unterbrechung der Zufuhr des weiteren Heißgases in den Heißgaskanal oder in die Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas angeordnet ist. Es ist damit möglich, die Zufuhr der beiden weiteren HeiRgasströme zeitweise zu unterbrechen, sodass der mit der Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas gebildete Heißgasstrom je nach Zufuhr eines der beiden weiteren HeiRgasströme in eine Richtung gelenkt werden kann. Es ist damit ebenfalls eine Aufteilung des Heißgasstromes auf mehrere Abschnitte der Be-

handlungskammer möglich.

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schung mit dem weiteren HeiRßgasstrom verändert werden kann.

Der Auslass des HeiRgasstroms in die Behandlungskammer kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung schlitzförmig ausgebildet sein, um damit einen breiteren Abschnitt der Behandlungskammer zu erreichen. Zudem ist damit auch

eine Reduktion von Wärmeverlusten erreichbar.

Zur Reduktion von Wärmeverlusten kann entsprechend einer Ausführungsvariante der Erfindung auch vorgesehen sein, dass eine Wand der Behandlungskammer, die den Auslass für den Heißgasstrom aufweist, an einer Außenseite ein Material mit einer kleineren Wärmeleitfähigkeit aufweist, als ein Material an einer Innen-

seite hat.

Zur weiteren Beeinflussung der Temperatur des in die Behandlungskammer austretenden HeiRßgases kann gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass in der Zuführung für den weiteren HeiRgasstrom zum Heißgaskanal und/oder zur Vorrichtung zumindest ein Wärmetauscher angeordnet ist. Mit dem Wärmetauscher kann zudem auch die dem weiteren HeiRgasstrom entzo-

gene Wärme für einen anderen Prozess eingesetzt werden.

Zur Verbesserung der Strömungsbedingungen für das HeiRgas im Heißgaskanal kann nach einer Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass der Heißgaskanal

zumindest abschnittsweise mit einem Feuerfestmaterial ausgekleidet ist.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden

Figuren näher erläutert.

Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:

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Fig.

10

11

12

eine Ausführungsvariante einer Einrichtung zur thermischen Behand-

lung eines Stoffes in Draufsicht;

einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante einer Einrichtung zur

thermischen Behandlung eines Stoffes;

einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsvariante einer Einrich-

tung zur thermischen Behandlung eines Stoffes;

ein Schema für die Verschachtelung von zwei Vorrichtungen zur Bereit-

stellung eines Plasmas;

einen Ausschnitt aus einer anderen Ausführungsvariante einer Einrich-

tung zur thermischen Behandlung eines Stoffes;

ein Detail einer Ausführungsvariante einer Einrichtung zur thermischen

Behandlung eines Stoffes;

ein anderes Detail der Ausführungsvariante der Einrichtung zur thermi-

schen Behandlung eines Stoffes nach Fig. 6;

ein Detail einer Ausführungsvariante einer Einrichtung zur thermischen

Behandlung eines Stoffes;

ein anderes Detail der Ausführungsvariante der Einrichtung zur thermi-

schen Behandlung eines Stoffes nach Fig. 8;

ein Detail einer Ausführungsvariante einer Einrichtung zur thermischen

Behandlung eines Stoffes;

ein anderes Detail der Ausführungsvariante der Einrichtung zur thermi-

schen Behandlung eines Stoffes nach Fig. 10;

ein Detail einer Ausführungsvariante einer Einrichtung zur thermischen

Behandlung eines Stoffes;

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schen Behandlung eines Stoffes nach Fig. 12;

Fig. 14 ein anderes Detail der Ausführungsvariante der Einrichtung zur thermi-

schen Behandlung eines Stoffes nach Fig. 12;

Fig. 15 ein Detail einer Ausführungsvariante einer Einrichtung zur thermischen

Behandlung eines Stoffes;

Fig. 16 ein anderes Detail der Ausführungsvariante der Einrichtung zur thermi-

schen Behandlung eines Stoffes nach Fig. 15.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lage-

angaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

In Fig. 1 ist eine Einrichtung 1 zur thermischen Behandlung eines Stoffes (im Folgenden nur mehr als Einrichtung 1 bezeichnet) vereinfacht in Draufsicht darge-

stellt.

Der Stoff ist insbesondere ein Feststoff, beispielsweise ein Metall oder eine metallische Legierung, z.B. Stahl oder Aluminium, oder ein keramischer Feststoff. Es können aber auch andere Stoffe, beispielsweise flüssige Stoffe mit der Einrichtung

1 thermisch behandelt werden.

Die thermische Behandlung ist ein Behandlung bei einer Temperatur über der Raumtemperatur. Vorzugsweise erfolgt im Zuge der thermischen Behandlung keine Änderung des Aggregatzustandes des behandelten Stoffes. Beispielsweise kann die thermische Behandlung eine Glühung von einem Metall, z.B. von einem

Metallband oder einer Metallstange oder einem Metallrohr, etc., sein, um den Stoff

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genderweise die Erfindung beschränkend verstanden werden.

Die Einrichtung 1 kann beispielsweise eine Rollenherdofen sein. Die Einrichtung 1 kann aber auch anders ausgeführt sein, solange sie wie nachstehend beschrieben

ausgebildet ist.

Die Einrichtung 1 umfasst eine Behandlungskammer 2, in der sich der Stoff während der thermischen Behandlung befindet. Die Behandlungskammer 2 weist ein Gehäuse 3 auf, das zumindest teilweise von einer Wand 4 gebildet ist. Das Gehäuse 3 kann auch mehrere dieser Wände 4 aufweisen. Die Wand 4 bildet bzw. die Wände 4 bilden insbesondere eine oder mehrere Seitenwände und/oder eine

Deckenwand und/oder eine Bodenwand des Gehäuses 3.

Weiter umfasst die Einrichtung 1 zumindest eine Vorrichtung 5 zur Bereitstellung eines Plasmas (im Folgenden nur mehr als Vorrichtung 5 bezeichnet), mit der thermische Energie für die thermische Behandlung des Stoffes bereitgestellt wird. Die Vorrichtung 5 kann beispielsweise wie in der WO 2021/170652 A1 beschrieben als Mikrowellenplasmabrenner ausgeführt sein. Vorrichtung 5 kann generell dem Stand der Technik entsprechend ausgebildet sein. Insbesondere ist die Vor-

richtung 5 ein Induktionsplasmabrenner (induktiv gekoppeltes Plasma).

Mit der Vorrichtung 5 wird ein Plasma bzw. eine Plasmastrom erzeugt, das in der Folge einen Heißgasstrom erzeugt, der in die Behandlungskammer 2 eingeleitet wird. Dazu umfasst die Vorrichtung 5 zumindest ein Plasmaerzeugungselement (auch als Plasmabrenner bezeichenbar). Das Plasmaerzeugungselements weist einen Elementkörper (auch als Brennerkörper bezeichenbar) auf. Im bzw. am Elementkörper ist zumindest eine elektrische Induktionsspule für die Plasmaerzeugung angeordnet. Es können auch mehrere Induktionsspulen eingesetzt werden, die gegebenenfalls unabhängig voneinander regel- und/oder steuerbar ausgeführt sein können. Die mehreren Induktionsspulen können in Strömungsrichtung

des/der gasförmigen Fluids/Fluide hintereinander angeordnet sein. Vorzugsweise

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ist die bzw. umfasst die Vorrichtung 5 ein/einen sogenannter ICP Brenner (inductively coupled plasma ). Die Vorrichtung 5 kann jedoch auch anders ausgeführt

sein, beispielsweise als DC Plasma Brenner (Direct Current Plasma). Die mehreren Induktionsspulen können mit gleicher Frequenz oder mit verschiedenen Fre-

quenzen angeregt werden.

Die Plasmaerzeugung kann auch anders erfolgen, beispielsweise mittels eines Magnetrons oder generell mit Mikrowellen (beispielsweise mittels eines Solid State

Mikrowellengenerators erzeugt) oder mittels zweier Elektroden, etc.

Weiter können im Elementkörper ein erster Strömungskanal für ein erstes gasförmiges Fluid und ein konzentrisch angeordneter zweiter Strömungskanal für ein zweites gasförmiges Fluid angeordnet sen. Der erste und der zweite Strömungskanal können rohrförmig ausgebildet sein. Der erste Strömungskanal kann in einem radialen Abstand zum zweiten Strömungskanal angeordnet sein. Über den Abstand kann u.a. auch die Geschwindigkeit des Schutzgasstroms eingestellt wer-

den.

Der erste Strömungskanal weist eine Zuführung für ein gasförmiges Fluid und der zweite Strömungskanal weist eine Zuführung für ein, gegebenenfalls unterschiedli-

ches, gasförmiges Fluid auf.

Zu weitere Einzelheiten zur Plasmaerzeugung, insbesondere zu einem ICP Bren-

ner, sei auf den hierfür einschlägigen Stand der Technik verwiesen.

Die Einrichtung 1 kann auch mehr als eine Vorrichtung 5 aufweisen. Beispielsweise weist die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung 1 zwei derartige Vorrichtungen 5 auf, und zwar jeweils eine Vorrichtung 5 auf einer von zwei Wänden 4, die insbesondere die Längsseitenwände der Einrichtung 1 bilden, wenn die Einrichtung 5 als Durchlaufeinrichtung, wie beispielsweise als Rollenherdofen, ausgebildet ist. Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsvariante der Einrichtung 1 weist die Vorrichtungen 5 an einem Ende der Einrichtung 1 auf. Die Vorrichtungen 5 können aber

auch mittig angeordnet sein, wie dies strichliert angedeutet ist. Weiter besteht die

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Möglichkeit, dass mehr als eine Vorrichtung 5 pro Wand 4 angeordnet ist, beispielsweise zwischen zwei und 10 Vorrichtungen pro Wand 4. Die genaue Anzahl an Vorrichtungen 5 richtet sich dabei nach der Länge/Größe der Einrichtung 1 bzw. der Behandlungskammer 2 und/oder nach dem Bedarf an thermischer Ener-

gie für die Behandlung des Stoffes in der Einrichtung 1.

Wie aus Fig 1 ersichtlich, müssen nicht alle Wände 4 mit zumindest einer Vorrichtung 5 versehen sein. Die Anordnung an parallel zur Durchlaufrichtung des Stoffes durch die Einrichtung 1 verlaufenden Wänden ist die bevorzugte, wenn eine möglichst homogene Temperaturverteilung in der Behandlungskammer 2 gewünscht

ist.

Sofern mehr als eine Vorrichtung 5 angeordnet ist, sind vorzugsweise alle Vorrichtungen 5 gleich ausgebildet. Die Vorrichtungen 5 können alternativ oder zusätzlich dazu auch an der Deckenwand und/oder der Bodenwand des Gehäuses 3 der Be-

handlungskammer 2 angeordnet sein.

Die Einrichtung 1 umfasst weiter zumindest einen HeiRgaskanal 6. Der HeiRkgaskanal 6 ist zwischen der Vorrichtung 5 und der Behandlungskammer 2 angeordnet. Der HeiRgaskanal 6 weist zumindest einen Einlass 7 (d.h. eine Einlassöffnung) auf, über die das mit der Vorrichtung 5 erzeugte HeiRgas in den HeiRßgaska-

nal 6 eingespeist wird bzw. in die bzw. durch die die Plasmafackel reicht.

Weiter weist der HeiRgaskanal 2 zumindest zwei Auslässe 8 (Auslassöffnungen) auf. Die Auslässe 8 sind beabstandet zueinander angeordnet. Dementsprechend können durch die Auslässe 8 Teilströme 9 des HeiRgasstromes aus dem Heißgaskanal 6 in die Behandlungskammer 2 eingeleitet werden. Die Anzahl an Teilströmen 9, auf die sich der HeiRgasstrom aufteilt ergibt sich aus der Anzahl an Aus-

lässen 8.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante der Einrichtung 1 ist pro Vorrichtung 5 ein HeißRgaskanal 6 angeordnet bzw. ausgebildet. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass mehr als eine Vorrichtung 5 an einen Heißgaskanal 6 ange-

schlossen bzw. damit strömungsverbunden ist.

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Weiter ist in Fig. 1 in durchgezogenen Linien gezeigt, dass pro HeiRgaskanal 6 zwei Auslässe 8 für das Heißgas vorgesehen sind. Wie anhand der strichlierten Darstellung in Fig. 1 erkannt werden kann, können auch mehr als zwei Auslässe 8 zur Zufuhr von mehr als zwei Teilströmen 9 pro Vorrichtung 5 und/oder pro Wand 4, der die zumindest eine Vorrichtung 5 zugeordnet ist, angeordnet bzw. ausgebildet sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass die mehreren Auslässe 8 über die Gesamtlänge der jeweiligen Wand 4 verteilt und zueinander beabstandet angeordnet

sind.

Wie bereits voranstehend ausgeführt, können einer Wand 4 oder mehreren Wänden 4 des Gehäuses 3 der Behandlungskammer 2 auch mehr als eine Vorrichtung 5 zugeordnet sein, wobei jeder dieser Vorrichtungen 5 ein eigener HeiRgaskanal 6 mit zumindest zwei Auslässen 8 zugeordnet sein kann. Die jeweilige Auslegung bzgl. Anzahl an Vorrichtungen 5, Anzahl an HeiRgaskanälen 6 und Anzahl an Auslässen 8 kann sich dabei nach der Art der thermischen Behandlung des Stoffes, nach dem Stoff selbst und/oder nach dem Bedarf an thermischer Energie in der

Behandlungskammer 2 richten.

Die Einrichtung 1 kann auch noch weitere Bestandteile aufweisen. Diese weiteren Bestandteile können dem einschlägigen Stand der Technik für derartige Einrichtungen 1 entsprechend ausgebildet bzw. ausgeführt sein, sodass zu Einzelheiten

dazu auf diesen Stand der Technik verwiesen sel.

In den Fig. 2 bis 16 sind weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsvarianten der Einrichtung 1 ausschnittsweise gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in Fig. 1 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die Be-

schreibung zu Fig. 1 hingewiesen bzw. Bezug genommen.

Fig. 2 zeigt ein Detail einer Ausführungsvariante der Einrichtung 1. Konkret ist die Vorrichtung 5 mit einem Plasmaerzeugungselement 10 zu sehen, die an einer der Wände 4 des Gehäuses 3 der Behandlungskammer 2 angeordnet ist. Der Heiß-

gaskanal 6 weist den Einlass 7 für das Heißgas auf. Weiter verzweigt sich der

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HeiRgaskanal 6 zu vier Auslässen 8, über die jeweils ein Teilstrom 9 des Heißgases in die Behandlungskammer 2 einströmt. Bzgl. der Anzahl an Auslässen 8 sei

auf voranstehende Ausführungen verwiesen.

Bei dieser Ausführungsvariante wird dem mit der Vorrichtung 5 erzeugten Heißgasstrom zumindest ein weiterer HeiRgasstrom zugefügt. Dazu weist die Vorrichtung 5 zumindest einen weiteren Einlass 7 für den weiteren Heißgasstrom auf. Konkret sind in Fig. 2 zwei weitere Einlässe 7 für den weiteren Heißgasstrom in der Vorrichtung 5 angeordnet bzw. ausgebildet. Es können auch mehr als zwei weitere Einlässe 7 vorhanden sein, beispielsweise drei oder vier oder fünf oder sechs. Der weitere Einlass 7 oder die weiteren Einlässe 7 sind in einem Seitenbereich der Vorrichtung 5 angeordnet bzw. ausgebildet. Bei mehr als einem weiteren Einlass 7 sind diese vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Plasmaerzeugungselements 10 verteilt angeordnet, also beispielsweise im 180 ° (siehe Fig. 2) oder 120 ° oder 90 °, etc., zueinander versetzt angeordnet. Es besteht auch die Möglichkeit, dass der weitere Einlass 7 als Ringkanal ausgebildet ist, der das

Plasmaerzeugungselement 10 vollumfänglich umgibt.

Alternativ oder zusätzlich dazu kann der weitere Einlass 7 auch in der Wand 4 im

Gehäuse 2 angeordnet sein, wie dies strichliert in Fig. 2 dargestellt ist.

Der weitere HeiRgasstrom wird über den zumindest einen weiteren Einlass 7 so zugeführt, dass eine Vermischung mit dem durch das Plasmaerzeugungselement 10 erzeugten Heißgasstrom mit dem weiteren Heißgasstrom erfolgt. Dazu kann, wie in Fig. 2 gezeigt, der Einlass 7 einen Einlasskanal 11 aufweisen, der in den HeiRgaskanal 6 mündet. Der Einlasskanal 11 steht insbesondere schräg zu einer durch das Plasmaerzeugungselement 10 verlaufenden Längsmittelachse 12, wobei zwischen dieser und dem Einlasskanal 11 ein spitzer Winkel 13 ausgebildet ist. Der weitere HeiRgasstrom wird also vorzugsweise in Richtung auf den aus dem Plasmaerzeugungselement 10 austretenden Heißgasstrom gerichtet zugeführt.

Zur besseren Durchmischung des HeiRgasstromes mit dem weiteren Heiß-

gasstrom kann im Bereich des Einbringens des weiteren Heißgasstromes in den

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HeiRgaskanal 6 dieser mit einer Mischzone 14 ausgebildet sein, in der die Heiß-

gaskanal 6 einen größeren Querschnitt aufweist.

Als weiteres HeiRgas wird vorzugsweise ein Gas zugeführt, das auch dem Plasmaerzeugungselement 10 für die Herstellung des HeiRgasstromes zugeführt wird. Das Gas kann beispielsweise ein Inertgas, wie z.B. Argon oder Stickstoff oder eine Mischung daraus sein. Es ist aber auch möglich, sofern oxidierende Eigenschaften des Heißgases im Prozess mit dem zu behandelnden Stoff nicht störend

sind, z.B. Luft, etc., zu verwenden.

Das weitere Heißgas weist vorzugsweise eine Temperatur auf, die geringer ist als die Temperatur des mit dem Plasmaerzeugungselement 10 erzeugten Heißgases. Insbesondere beträgt die Temperatur des weiteren Heißgases maximal 80 %, vorzugsweise maximal 50 %, beispielsweise zwischen 5 % und 20 %, der Temperatur des mit dem Plasmaerzeugungselement 10 erzeugten Heißgases. Beispielsweise kann das Heißgas eine Temperatur zwischen 7000 °C und 10000 °C aufweisen. Das weitere Heißgas kann beispielsweise eine Temperatur zwischen 500 °C und 2000 °C aufweisen.

Mit dem weiteren HeiRgasstrom kann der mit dem Plasmaerzeugungselement 10 erzeugte Heißgasstrom „abgekühlt“ werden, sodass das der Behandlungskammer 2 zugeführt HeiRgas besser an verschiedenste thermische Behandlungen von Stoffen anpassbar ist. Es ist damit einfacher, eine „Verteilung an thermischer Leistung“ im gewünschten Temperaturniveau auf die mehreren Auslasse 8 zu erreichen. Zudem kann damit einfacher eine leistungsstärkere Vorrichtung 5 mit einen niedrigeren Frequenz betrieben werden, wie dies voranstehend bereits ausgeführt

wurde.

Die Abkühlung des Heißgases aus der Vorrichtung 5 mit dem weiteren Heißgasstrom kann über die Regelung der Volumenströme an Heißgas und weiterem Heißgas erfolgen. Dabei weist vorzugsweise der weitere HeiRgasstrom einen größReren Volumenstrom auf, als der HeiRgasstrom, um eine entsprechend Reduktion des Temperaturniveaus zu erreichen, falls dies in Bezug auf die thermische Be-

handlung des Stoffes in der Behandlungskammer 2 gewünscht ist. Die konkret

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verwendeten Volumenströme richten sich somit primär nach dem gewünschten Temperaturniveau der thermischen Behandlung. Beispielsweise kann die Temperatur im HeiRgas 7000 °C betragen. Die Temperatur im weiteren HeiRgas kann 1000 °C betragen. Durch Regelung des Volumenstromverhältnisses von Heißgas zu weiterem Heißgas kann die gewünschte Mischtemperatur (z.B. 1400 °C) einge-

stellt werden.

Das weitere Heißgas kann in einer gesonderten Vorrichtung zur Erzeugung eines HeiRgases erzeugt werden. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsvariante stammt der weitere Heißgasstrom aber aus dem Prozess selbst. Dazu kann nach einer Ausführungsvariante die Behandlungskammer 2 zumindest einen Auslass 15 (Auslassöffnung) aufweisen, über die ein Abgas aus der Behandlungskammer 2 als weiteres HeiRgas der Vorrichtung 5 wieder zugeführt wird, wie dies in Fig. 1 schematisch gezeigt ist. Der zumindest eine weitere Einlass 7 für das weitere Heißgas ist dazu mit dem zumindest einen Auslass 15 aus der Behandlungskam-

mer 2 über einen weiteren Heißgaskanal 16 strömungsverbunden.

Die Fig. 1 zeigt dazu auch noch eine weitere Ausführungsvariante der Einrichtung 1. Zu weiteren Reduktion der Temperatur des weiteren HeiRgasstromes kann im weiteren Heißgaskanal 16 auch zumindest ein Wärmetauscher 17 angeordnet sein, mit dem dem aus der Behandlungskammer 2 stammenden weiteren Heißgas thermische Energie entzogen werden kann. Diese thermische Energie kann gegebenenfalls in einem weiteren Prozess eingesetzt werden. Der Wärmetauscher 17

kann dem Stand der Technik entsprechend ausgebildet sein.

Nach einer Ausführungsvariante dazu kann noch zumindest ein weiterer Wärmetauscher 16 im weiteren HeiRgaskanal 16 angeordnet sein, wie dies ebenfalls aus

Fig. 1 ersichtlich ist.

Bei dieser Ausführungsvariante können die beiden Wärmetauscher 17 Wärmespeicherelemente aufweisen, die z.B. durch einen Werkstoff auf Basis von oder mit Aluminiumoxid (Al2Os), Siliziumdioxid (SiO2), Eisen(Ill)oxid (Fe2Os), Titandioxid (TiO2), Kaliumoxid (K2O), Calziumoxid (CaO), Natriumoxid (Na20), etc., gebildet

sind.

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Die Wärmespeicherelemente dienen dazu, von dem Abgas aus der Behandlungskammer 2, das durch die Wärmetauscher 17 geleitet wird, Wärme aufzunehmen

und für eine spätere Verwendung zu speichern.

Die beiden Wärmetauscher 17 können auch abwechselnd mit dem Abgas aus der Behandlungskammer 2 beaufschlagt werden, wodurch die Wärmespeicherelemente eines Wärmetauschers 17 aufgeladen werden können, während die Wärmespeicherelemente des anderen Wärmetauschers 17 zur Erzeugung des weite-

ren HeiRgasstroms eingesetzt werden können.

Es sei darauf hingewiesen, dass in Fig. 1 Gasförderelemente, wie z.B. ein Ventila-

tor, etc., nicht dargestellt sind.

Falls das weitere Heißgas für die Zumischung zum mit dem Plasmaerzeugungselement 10 erzeugten HeiRgas noch zu heiß ist, besteht nach einer Ausführungsvariante der Einrichtung 1 die Möglichkeit, das weitere HeiRgas vor der Einleitung in die Vorrichtung 5 oder den Heißgaskanal 6 mit einem kühleren Frischgas zu

vermischen.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsvariante der Einrichtung 1 entspricht im Wesentlichen jener nach Fig. 2. Der wesentliche Unterschied ist, dass bei der Ausführungsvariante nach Fig. 2 der HeiRgaskanal 6 unmittelbar vor den Auslässen 8 mit Querschnittserweiterungen 18 ausgebildet ist. Damit wird auch der Querschnitt der Auslässe 8 vergrößert, sodass der (mit dem weiteren HeiRgasstrom vermischte) Heißgasstrom bzw. die Teilströme 9 großflächiger in die Behandlungskammer 2 eingebracht werden. Dies wiederum erlaubt eine gleichmäßigere Verteilung der

zugeführten thermischen Energie in der Behandlungskammer 2.

In der bevorzugten und in Fig. 3 gezeigten Ausführungsvariante sind die Querschnittserweiterungen 18 im Querschnitt fächerförmig bzw. trapezförmig ausgebildet. Die Querschnittserweiterungen 18 können aber auch eine andere Form auf-

weisen.

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Die Querschnittserweiterungen 18 können nur unmittelbar vor den Auslässen 8 ausgebildet sein, oder bereits in tieferen Regionen des Heißgaskanals 6 beginnend ausgebildet bzw. angeordnet sein. Beispielsweise können die Querschnittserweiterungen 18 jeweils an den Bereichen beginnend ausgebildet sein, an denen sich der HeiRgaskanal 6 zu den Auslässen 8 verzweigt, wie dies in Fig. 3 darge-

stellt ist.

Prinzipiell kann die Einrichtung 1 eine oder mehrere Vorrichtung(en) 5 aufweisen, wie dies bereits voranstehend ausgeführt wurde. Mit der Darstellung in Fig. 4 soll verdeutlicht werden, dass es zur Leistungserhöhung möglich ist, zwei Vorrichtungen 5 vorzusehen. Zur besseren Unterscheidbarkeit ist die rechte Vorrichtung 5 mit einer Kreuzschraffur versehen, während die linke Vorrichtung 5 nur eine einfa-

che Schraffur aufweist.

Die beiden Vorrichtungen 5 sind jeweils mit mehreren weiteren Einlässen 7 für das weitere HeiRgas versehen. Diese weiteren Einlässe 7 sind verschachtelt angeordnet, wie dies anhand der kleineren Kreise in Fig. 4 verdeutlicht wird. Es ist damit möglich den Teillastbereich zu minimieren. Die beiden Vorrichtungen 5 werden wechselseitig an- und abgestellt, wodurch eine globale Leistungsreduktion erreicht werden kann, ohne die Leistung der einzelnen Vorrichtungen 5 zu reduzieren. Durch die Verschachtelung der weiteren Einlässe 7 werden auch Bereiche von beiden Vorrichtungen 5 abgedeckt, sodass also auch bei abgeschalteter Vorrichtung 5 noch das weitere HeiRgas dem der abgeschalteten Vorrichtung 5 zugeord-

neten Abschnitt der Behandlungskammer 2 zugeführt wird.

Bei der Ausführungsvariante der Einrichtung 1 nach Fig. 5 sind wieder zwei oder

mehrere weitere Einlässe 7 für das weitere HeiRgas vorgesehen. In der Zuführung des weiteren Heißgases, d.h. im weiteren HeiRgaskanal 16, sind Stellelemente 19 vorgesehen. In der konkret dargestellten Ausführungsvariante ist pro Einlass 7 ein Stellelement 19 vorgesehen, wobei sich der weitere HeiRgaskanal 16 vor den Stellelementen 19 verzweigt. Alternativ dazu kann nur ein Stellelement 19 eingesetzt

werden, das an der Verzweigungsstelle angeordnet wird. Die Anordnung nach der

Verzweigung hat jedoch den Vorteil, dass bedarfsweise auch beide bzw. mehrere

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Abschnitte des weiteren Heißgaskanals 16 nach den Stellelementen 19 gleichzei-

tig mit dem weiteren Heißgas beströmbar sind.

Das Stellelement 19 bzw. die Stellelemente 19 sind so ausgebildet, dass sie den im Strömungsverlauf nachfolgenden Abschnitt des weiteren HeiRgaskanals 16 auf „offen“ oder auf „geschlossen“ stellen, sodass je nach Stellung das weitere Heißgas in diesen Abschnitt einströmen kann oder nicht. Ein Stellelement 19 kann beispielsweise eine einfache Klappe sein, die zwischen einer Geschlossenstellung und einer Offenstellung verstellt werden kann. Bei nur einem Stellelement 19 kann dieses z.B. als Dreiwegeventil ausgeführt sein. Es sind auch Ausführungen möglich, bei denen das jeweilige Stellelement 19 in einer Zwischenstellung zwischen der Geschlossen- und der Offenstellung nur einen Teilstrom an weiterem Heißgas

durchlässt.

Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, ist der HeiRgaskanal 6 bereits vom Beginn an bis zu dem Auslass 8 mit der Querschnittserweiterungen 18 ausgebildet. Dies ermöglicht, den aus dem Plasmaerzeugungselement 10 austretenden HeiRßgasstrom mit den weiteren Heißgasströmen abzulenken, sodass der HeiRßgasstrom beispielsweise nach links oder rechts (in Fig. 5 mit Pfeilen angedeutet) gelenkt wird. Dadurch ist eine Verteilung der thermischen Energie auf einen größeren Abschnitt

der Einbringung in die Behandlungskammer 2 erreichbar.

In Fig. 5 ist für die Einbringung des Heißgases in die Behandlungskammer 2 nur ein Auslass 8 vorgesehen. Diese Ausführungsvariante der Erfindung kann eine eigenständige Erfindung sein, da sie auch ohne zumindest einen weiteren Auslass 8 eine Verteilung der thermischen Leistung des Plasmaerzeugungselements 10 auf einen größeren Abschnitt der Einrichtung 1 ermöglicht. Es kann jedoch auch bei dieser Ausführungsvariante der Einrichtung 1 vorgesehen werden, dass der Heißgaskanal 6 mehrere Auslässe 8 aufweist, und dass der Heißgasstrom mittels der weiteren Heißgasströme entsprechend voranstehenden Ausführungen auf die

mehreren Auslässe 8 alternierend verteilt wird. Die Fig. 6 und 7 zeigen Ausschnitte aus einer Ausführung der Einrichtung 1, die

zwei weitere Ausführungsvarianten aufweist. Zum einen ist in Fig. 6, die einen

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Schnitt durch die Wand 4 des Gehäuses 3 der Behandlungskammer 2 zeigt, an der außen die Vorrichtung 5 angeordnet ist, die Vorrichtung 5 in einem Winkel 20 von ungleich 90 ° zur Wand 4 der Behandlungskammer 2 angeordnet. Auf diese Weise kann der Weg des Heißgases im HeiRgaskanal 6 verlängert werden, womit eine Vergrößerung der Mischzone 14 zur Vermischung des HeiRßgases aus der Vorrichtung 5 bzw. dem Plasmaerzeugungselement 10 und dem weiteren HeiRgas

und damit eine bessere Durchmischung der Heißgase erreicht werden kann.

Der Winkel 20 wird zwischen der Längsmittelachse 12 durch das Plasmaerzeugungselement 10 und der Wand gemessen. In der vorliegenden bevorzugten Ausführung ist die Vorrichtung 5 mit dem Austritt des Plasmas schräg nach unten verlaufend angeordnet, da eine heißes Gas bekannterweise aufsteigt. Somit kann mit dem Eintritt des Heißgasstromes in die Behandlungskammer eine bessere Wärmeverteilung erreicht werden. Der Austritt schräg nach unten hat zudem den Vorteil, dass das direkte Auftreffen des Heißgasstromes auf eine Wand 4 verzögert

werden kann.

Alternativ dazu kann jedoch die Vorrichtung 5 mit dem Austritt des Plasmas

schräg nach oben verlaufend an der Wand 4 angeordnet sein.

Der Winkel 20 kann beispielsweise zwischen 10 ° und 80 °, insbesondere zwi-

schen 20 ° und 60 °, betragen.

In Fig. 7, die eine Ansicht auf die innere Oberfläche der Wand 4 zeigt, ist dargestellt, dass der Auslass 8 und der zumindest eine weitere Auslass 8 (in Fig. 7 sind vier weitere Auslässe 8 gezeigt, wobei diese Anzahl nicht beschränkend verstanden werden soll) unterschiedliche Querschnitte aufweisen können. Beispielsweise kann der mittige Auslass 8 den kleinsten Querschnitt aufweisen, während die beiden äußeren Auslässe 8 jeweils den größten Querschnitt aufweisen können. Ebenso kann die Form der Auslässe unterschiedliche sein. Z.B. kann der mittige Auslass 8 kreisrund ausgebildet sein, während die beiden äußeren Auslässe 8 je-

weils eine ovale bzw. längliche Form aufweisen können.

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Mit diesen Ausführungsvarianten der unterschiedlichen Größe und/oder Form der Auslässe 8 kann dem unterschiedlichen Druckverlusten im HeiRgaskanal 6 Rechnung getragen werden, sodass aus den Auslässen 8 im Wesentlichen die gleichen Volumenströme an Heißgas (und damit die im Wesentlichen gleiche thermische Energie) austreten und in die Behandlungskammer 2 eingebracht werden kann. Je nach Verlauf des Heißgaskanals 6 können also die Form und/oder Größe der zumindest zwei Auslässe 8 der Einrichtung 1 auch unterschiedlich zu den in Fig. 7

gezeigten sein.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsvariante der Einrichtung 1 ist die zumin-

dest eine Vorrichtung 5 an einer Rückseite der Wand 4 angeordnet. Wie die Fig. 8 und 9 zeigen, kann die Vorrichtung 5 aber auch an einer oberen oder unteren oder seitlichen Stirnfläche 21 der Wand 4 angeordnet sein. In der konkreten Darstellung

ist es die obere Stirnfläche 21.

Weiter zeigt die Fig. 8 einen Längsschnitt durch die Wand 4. Wie anhand der Darstellung erkannt werden kann, ist der Heißgaskanal 6 wieder mit der Querschnittserweiterung 18 ausgebildet. In dieser Querschnittserweiterung 18 sind ein oder

mehrere Strömungsleitelemente 22 angeordnet. Generell kann im HeiRgaskanal 6 zumindest ein Strömungsleitelement 22 angeordnet sein. Die Anordnung des Strömungsleitelements 22 ist also nicht auf die konkret in Fig. 8 gezeigte Ausführungs-

variante beschränkt.

Die Strömungsleitelemente 22 können beispielsweise Leitbleche sein oder stegförmig ausgebildet sein. Sie können einstückig mit der Wand 4 ausgebildet sein oder

als gesonderte Bauteile in den HeiRgaskanal 6 eingesetzt sein.

In der konkret dargestellten Ausführungsvariante sind die Strömungsleitelemente 22 in etwa fächerförmig aufgeteilt bzw. angeordnet. Zudem sind die Strömungsleitelemente 22 unterschiedlich lang. Die konkrete Ausbildung der Strömungsleitelemente 22 richtet sich auch bei dieser Ausführung nach der konkreten Ausführung des HeiRgaskanals 6 bzw. der Auslässe 8. In der dargestellten Ausführungsvariante sind die mehreren Auslässe 8 zu einem einzigen schlitzförmigen Auslass 8

„verschmolzen“, wie dies die Ansicht auf die Innenseite der Wand 4 in Fig. 9 zeigt.

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Zur Vermeidung, dass bei dieser Ausführung des Auslasses 8 kein ausschließlicher Zentralstrom entsteht, sind die Strömungsleitelemente 22 im HeiRgaskanal 6

angeordnet.

Generell kann mit den Strömungsleitelementen 22 eine Lenkung des Heißgasstromes und/oder Aufteilung des HeiRgasstromes auf die mehreren Teilströme 9 (siehe z.B. Fig. 1) erreicht werden. Es ist damit die Ausbildung des HeiRßgaskanals 6 einfacher, da gegebenenfalls auf eine physische Aufteilung des HeiRgaskanals 6 auf mehrere Kanalabschnitte, wie dies z.B. bei den Ausführungsvarianten nach

den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, nicht erforderlich ist.

Strichliert zeigt Fig. 9 eine weitere Ausführungsvariante der Einrichtung 1. Bei dieser ist vorgesehen, dass in der Behandlungskammer 2 zumindest ein weiteres, den Auslass 8 und/oder den zumindest einen weiteren Auslass 8 überdeckendes Strömungsleitelement 23 beabstandet zum Auslass 8 und/oder den zumindest einen weiteren Auslass 8 angeordnet ist. Dieses Strömungsleitelement 23 kann beispielsweise ein Leitblech sein, das verhindert, dass der HeiRgasstrom unmittelbar bzw. direkt auf den in der Behandlungskammer 2 sich befindenden und thermisch zu behandelnden Stoff trifft. Im Wesentlichen kann das weitere Strömungsleitelement 23 beispielsweise eine Art „Prallblech“ sein, der den aus dem Auslass 8 bzw. den Auslässen 8 austretenden Heißgasstrom zwingt, die Strömungsrichtung zu

ändern.

Eine zu der Ausführungsvariante der Einrichtung 1 nach den Fig. 8 und 9 ähnliche Ausführungsvariante ist in den Fig. 10 und 11 dargestellt. Bei dieser ist jedoch wiederum eine weitere Vorrichtung 5 angeordnet, sodass also zwei Vorrichtungen 5 das von diesen erzeugte Heißgas in den HeiRgaskanal 6 einspeisen. In der Betrachtung auf die Papierebene haben die Begrenzungslinien der Querschnittserweiterung 18 des HeiRgaskanals 6 Ähnlichkeit mit dem Buchtstaben M. Der Auslass 8 ist wieder schlitzförmig ausgebildet (kann aber, wie bei allen Ausführungsvarianten, auch eine andere Form haben). Um auch bei dieser Ausführungsvariante eine möglichst gleichmäßige Beströmung des HeiRßgaskanals 6 mit dem Heißgas zu erreichen, sind mehrere Strömungsleitelemente 22 in der Quer-

schnittserweiterung 18 angeordnet. Die Beströmung des Heißgaskanals mit dem

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Heißgas kann einerseits mit beiden Vorrichtungen 5 gleichzeitig oder andererseits alternierend mit den Vorrichtungen 5 erfolgen. Gegebenenfalls kann auch hier die

zu Fig. 4 beschriebene Ausführungsvariante zum Einsatz gelangen.

Bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsvarianten der Einrichtung 1 ist der HeiRgaskanal 6 oder sind die HeiRgaskanäle 6 (es können auch mehrere der oder einzelne der voranstehend beschriebenen Ausführungsvarianten pro Behandlungskammer angeordnet sein) in der Wand 4 ausgebildet. Die Wand 4 besteht vorzugsweise aus einem Feuerfestmaterial bzw. weist zumindest eine Feuer-

festauskleidung auf.

Wie anhand der Ausführungsvariante nach den Fig. 12 bis 14 zu ersehen ist, besteht aber auch die Möglichkeit, dass der HeiRgaskanal 6 bzw. dass die HeiRßgaskanäle 6 teilweise an einer Außenseite der Wand 4 des Gehäuses 3 der Behandlungskammer 2 angeordnet ist/sind. Es ist damit möglich, die Aufteilung auf die Teilströme 9 (siehe z.B. Fig. 1) konstruktiv einfacher auszugestalten, indem die entsprechenden Kanalabschnitte als einfache Bohrungen bzw. Durchbrüche durch die Wand 4 ausgeführt sein können. Der außenliegende Teil des Heikgaskanals 6 kann diese Bohrungen oder Durchbrüche zu den Auslässen 8 an der Innenseite der Wand (Fig. 13) überdeckend angeordnet sein (Fig. 14). Die Vorrichtung 5 bzw. die Vorrichtungen 5 ist/sind bei dieser Ausführungsvariante nicht direkt mit der

Wand 4, sondern über den außenliegenden Teil des HeiRgaskanals 6 verbunden.

Es sind auch hier wiederum andere geometrische Ausführungen des außenliegenden Teils des HeiRgaskanals 6 möglich, sodass also die in Fig. 14 dargestellte

Form nicht zwingenderweise beschränkend verstanden werden soll.

Fig 14 zeig auch, dass die mehreren Auslässe 8 auch alle gleich ausgebildet sein

können.

Eine im Vergleich dazu unterschiedliche, zu den Ausführungsvarianten nach den

Fig. 8 bis 11 ähnlich Ausführungsvariante ist in den Fig. 15 und 16 gezeigt. WMiede-

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rum weist der Heißgaskanal 6 die beiden oben an der Wand 4 angeordneten Vorrichtungen 5 auf, wobei dies nur beispielhaft ist. Es kann auch nur eine Vorrich-

tung 5 oder können mehr als zwei Vorrichtungen 5 vorhanden sein.

Der HeiRgaskanal 6 weist bei dieser Ausführungsvariante ebenfalls die Querschnittserweiterung 18 auf. In dieser befinden sich aber keine Strömungsleitelemente 22. Stattdessen ist die der Behandlungskammer 2 zugewandte Innenseite der Wand 4 in Art eine Lochplatte mit mehreren versetzt zueinander angeordneten Auslässen 8 ausgeführt. Diese können zur Berücksichtigung des Druckverlustes im HeiRgaskanal 6 wieder mit unterschiedlicher Größe und/oder Form ausgeführt sein. Auch das Muster der Anordnung der Auslässe 8 ist nicht auf die Darstellung der Fig. 16 beschränkt. Dieses kann sich u.a. nach der konkreten Anordnung bzw.

Ausbildung der zumindest einen Vorrichtung 5 richten.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Wand 4 der Behandlungskammer 2, die den Auslass 8 oder die Auslässe 8 für den Heißgasstrom aufweist, an einer Außenseite ein Material mit einer kleineren Wärmeleitfähigkeit aufweist, als ein Material an einer Innenseite hat. Beispielsweise kann die Wand 4 außen aus z.B. Feuerleichtsteinen, Isoliersteinen, Fasern, Feuerleichtbetonen, Matten, Platten und Vakuumformteile aus Mineralwolle, erdalkalischen Silikatfasern, Aluminiumsilikatfasern, zirkonverstärkten Silikatfasern, Aluminiumoxidfasern, und innen aus z.B. Schamott, SiC Keramik, Graphit, Aluminiumoxid, Hoch-

temperaturstahl, bestehen oder diese Materialien umfassen.

Der oder die die Strömung führende(n) HeiRgaskanal/HeiRgaskanäle 6 kann/können aus dem Werkstoff der Wände 4 bestehen. Nach einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der oder die die Strömung führenden Heißgaskanal/HeiRgaskanäle 6 aus einem zum Wandmaterial unterschiedlichem Material besteht/bestehen. So kann vorgesehen sein, dass die Wand/Wände 4 der Behandlungskammer beispielsweise Fasermaterialien aufweisen oder daraus bestehen, welche eine sehr gute Dämmwirkung haben. Aufgrund der Faserstruktur kann es allerdings in der Funktion Leitung von Medien zu Problemen kommen. Um diesem Problem abzuhelfen, kann vorgesehen sein, dass in die jeweilige

Wand 4 ein (kanalförmiges, z.B. rohrförmiges) Strömungsleitelement eingesetzt

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wird, das bei möglichst dünnwandiger Ausführung den hohen Temperaturen des in die Behandlungskammer 2 einzuleitenden Heißgasstromes standhält. Beispielsweise kann dieses als Auskleidung des HeiRgaskanals 6 ausgebildeten Strö-

mungsleitelement ein (faserverstärktes) Aluminiumoxid, SiC etc., sein.

Generell kann der HeiRgaskanal 6 auch zumindest teilweise bzw. abschnittsweise einen spiralförmigen Verlauf aufweisen, um damit eine bessere Durchmischung

des HeiRgases mit dem weiteren Heißgas zu erreichen.

Weiter kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung 1 mehr als eine Behandlungskammer 2 aufweist und dass die Vorrichtung(en) 5 mehr als einer Behandlungs-

kammer 2 zugeordnet ist/sind.

Allen (beschriebenen) Ausführungsvarianten der Einrichtung 1 gemein ist, dass eine aus der Vorrichtung 5 austretende Plasmafackel nicht in die Behandlungs-

kammer 2 reicht, sondern nur bis in den Heißgaskanal 6.

Die Ausführungsbeispiele zeigen bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten der Einrichtung 1, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinatio-

nen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Einrichtung 1 diese nicht zwingenderweise maßstäb-

lich dargestellt ist.

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Bezugszeichenliste

Einrichtung Behandlungskammer Gehäuse

Wand

Vorrichtung Heißgaskanal

Einlass

Auslass

Teilstrom Plasmaerzeugungselement Einlasskanal Längsmittelachse Winkel

Mischzone

Auslass Heißgaskanal Wärmetauscher Querschnittserweiterung Stellelement

Winkel

Stirnfläche Strömungsleitelement

Strömungsleitelement

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Patentansprüche

1. Einrichtung (1) zur thermischen Behandlung eines Stoffes, insbesondere eines Feststoffes, umfassend eine Behandlungskammer (2), zumindest eine Vorrichtung (5) zur Bereitstellung eines Plasmas, und einen HeiRgaskanal (6), wobei der HeiRgaskanal (6) zwischen der Vorrichtung (5) zur Bereitstellung eines Plasmas und der Behandlungskammer (2) angeordnet oder ausgebildet ist, und einen Einlass (7) für einen mit der Vorrichtung (5) zur Bereitstellung eines Plasmas erzeugten Heißgasstrom und einen Auslass (8) in die Behandlungskammer (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgaskanal (6) zumindest einen weiteren Auslass (8) für den HeiRgasstrom in die Behandlungskammer (2) aufweist und/oder dass der HeiRßgaskanal (6) und/oder die Vorrichtung (5) zur Bereitstellung eines Plasmas zumindest einen weiteren Einlass (7) für einen weiteren

Heißgasstrom aufweist/aufweisen.

2. Einrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Einlass (7) für den weiteren Heißgasstrom mit einem weiteren HeiRßgaskanal (16) strömungsverbunden ist, wobei der weitere HeiRgaskanal (16) mit einem

Auslass (15) aus der Behandlungskammer (2) strömungsverbunden ist.

3. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgaskanal (6) mit einer Querschnittserweiterung (18) aus-

gebildet ist.

4. Einrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die

Querschnittserweiterung (18) fächerförmig ausgebildet ist.

5. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (8) und der zumindest eine weitere Auslass (8) unter-

schiedliche Querschnitte aufweisen.

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6. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im HeiRgaskanal (6) zumindest eine Strömungsleitelement (22) an-

geordnet ist.

7. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Behandlungskammer (2) zumindest ein weiteres, den Auslass (8) und/oder den zumindest einen weiteren Auslass (8) überdeckendes Strö-

mungsleitelement (23) angeordnet ist.

8. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der HeiRgaskanal (6) der Wand (4) oder in einer Feuerfestausklei-

dung der Wand (4) der Behandlungskammer (2) ausgebildet oder angeordnet ist.

9. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der HeiRgaskanal (6) teilweise an einer Außenseite der Behand-

lungskammer (2) angeordnet ist.

10. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den HeiRgaskanal (6) zumindest eine weitere Vorrichtung (5)

zur Erzeugung eines Plasmas angeschlossen ist.

11. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der HeiRgaskanal (6) zumindest einen zweiten weiteren Einlass (7) für einen zweiten weiteren HeiRßgasstrom aufweist und dass in dem weiteren und dem zweiten weiteren HeiRßgasstrom jeweils ein Stellelement (19) zur Unterbrechung der Zufuhr des weiteren Heißgases in den HeiRgaskanal (2) oder in die

Vorrichtung (5) zur Erzeugung eines Plasmas angeordnet ist.

12. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (5) zur Erzeugung eines Plasmas in einem Winkel

(20) von ungleich 90 ° zur Wand (4) der Behandlungskammer (2) angeordnet ist.

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13. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (8) des HeiRßgasstroms in die Behandlungskammer (2)

schlitzförmig ausgebildet ist.

14. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wand (4) der Behandlungskammer (2), die den Auslass (8) für den Heißgasstrom aufweist, an einer Außenseite ein Material mit einer kleineren

Wärmeleitfähigkeit aufweist, als ein Material an einer Innenseite hat.

15. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuführung für den weiteren HeiRgasstrom zum Heißgaskanal (6) und/oder zur Vorrichtung (5) zumindest ein Wärmetauscher (17) angeordnet

ist.

16. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der HeiRgaskanal (6) zumindest abschnittsweise mit einem Feuer-

festmaterial ausgekleidet ist.

17. Verfahren zur thermischen Behandlung eines Stoffes, insbesondere eines Feststoffes, in einer Behandlungskammer (2) mit einem Heißgasstrom, der in oder mit einer Vorrichtung (5) zur Bereitstellung eines Plasmas erzeugt und über einen HeiRgaskanal (6) in die Behandlungskammer (2) eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgasstrom über mehrere Auslässe (8) in die Be-

handlungskammer (2) eingeleitet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgasstrom vor dem Einleiten in die Behandlungskammer (2) mit einem weiteren

Heißgasstrom vermischt wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung (1) zur thermischen Behandlung eines Stoffes, insbesondere eines Feststoffes, mit einem Heißgasstrom, umfassend eine Behandlungskammer (2), zumindest eine Vorrichtung (5) zur Bereitstellung eines Plasmas, und einen Heißgaskanal (6), wobei der Heißgaskanal (6) zwischen der Vorrichtung (5) zur Bereitstellung eines Plasmas und der Behandlungskammer (2) angeordnet oder ausgebildet ist, und einen Einlass (7) für einen mit der Vorrichtung (5) zur Bereitstellung eines Plasmas erzeugten Heißgasstrom und einen Auslass (8) in die Behandlungskammer (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgaskanal (6) zumindest einen weiteren Auslass (8) für den Heißgasstrom in die Behandlungskammer (2) aufweist und/oder dass der Heißgaskanal (6) und gegebenenfalls die Vorrichtung (5) zur Bereitstellung eines Plasmas zumindest einen weite-

ren Einlass (7) für einen weiteren Heißgasstrom aufweist/aufweisen.

2. Einrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Einlass (7) für den weiteren Heißgasstrom mit einem weiteren Heißgaskanal (16) strömungsverbunden ist, wobei der weitere Heißgaskanal (16) mit einem Auslass (15) aus der Behandlungskammer (2) strömungsverbunden ist.

3. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgaskanal (6) mit einer Querschnittserweiterung (18) ausgebildet ist.

4. Einrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die

Querschnittserweiterung (18) fächerförmig ausgebildet ist.

5. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (8) und der zumindest eine weitere Auslass (8) unterschiedliche Querschnitte aufweisen.

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40/42 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE

6. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Heißgaskanal (6) zumindest eine Strömungsleitelement (22) an-

geordnet ist.

mungsleitelement (23) angeordnet ist.

8. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgaskanal (6) der Wand (4) oder in einer Feuerfestauskleidung der Wand (4) der Behandlungskammer (2) ausgebildet oder angeordnet ist.

9. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgaskanal (6) teilweise an einer Außenseite der Behandlungskammer (2) angeordnet ist.

10. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den Heißgaskanal (6) zumindest eine weitere Vorrichtung (5)

zur Erzeugung eines Plasmas angeschlossen ist.

11. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgaskanal (6) zumindest einen zweiten weiteren Einlass (7) für einen zweiten weiteren Heißgasstrom aufweist und dass in dem weiteren und dem zweiten weiteren Heißgasstrom jeweils ein Stellelement (19) zur Unterbrechung der Zufuhr des weiteren Heißgases in den Heißgaskanal (2) oder in die Vorrichtung (5) zur Erzeugung eines Plasmas angeordnet ist.

12. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (5) zur Erzeugung eines Plasmas in einem Winkel (20) von ungleich 90 ° zur Wand (4) der Behandlungskammer (2) angeordnet ist.

A50140/2024 (uZ: A2024/88539-AT)

41/42 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE

13. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (8) des Heißgasstroms in die Behandlungskammer (2)

schlitzförmig ausgebildet ist.

Wärmeleitfähigkeit aufweist, als ein Material an einer Innenseite hat.

15. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuführung für den weiteren Heißgasstrom zum Heißgaskanal (6) und/oder zur Vorrichtung (5) zumindest ein Wärmetauscher (17) angeordnet

ist.

16. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgaskanal (6) zumindest abschnittsweise mit einem Feuerfestmaterial ausgekleidet ist.

17. Verfahren zur thermischen Behandlung eines Stoffes, insbesondere eines Feststoffes, in einer Behandlungskammer (2) mit einem Heißgasstrom, der in oder mit einer Vorrichtung (5) zur Bereitstellung eines Plasmas erzeugt und über einen Heißgaskanal (6) in die Behandlungskammer (2) eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgasstrom über mehrere Auslässe (8) in die Behandlungskammer (2) eingeleitet wird.

Heißgasstrom vermischt wird.

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42/42 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE