CH721027A2

CH721027A2 - Method and apparatus for electrically heating a flow of heat-transporting fluid

Info

Publication number: CH721027A2
Application number: CH001066/2023A
Authority: CH
Inventors: Ambrosetti Gianluca; Good Philipp
Original assignee: Synhelion Sa
Priority date: 2023-08-11
Filing date: 2023-09-28
Publication date: 2025-02-28
Also published as: CH721025A2

Abstract

Das erfindungsgemässe Verfahren sieht vor, in einer elektrischen Heizeinrichtung (80) ein Fluid über die Infrarotstrahlung einer strahlenden Oberfläche zu erwärmen. Die Heizeinrichtung (80) weist dazu eine Widerstands-Heizelementanordnung auf, mit Widerstands-Heizelementen (13), deren Oberflächen die strahlende Oberfläche bilden und Infrarotstrahlung in einen Absorberraum (16) abgeben, welcher vom zu erwärmenden Fluid durchströmt ist. Das Fluid weist ein Infrarot licht absorbierendes Gas auf und erwärmt sich durch Absorption der Infrarotstrahlung. Bei hohen Temperaturen wirken nicht inerte Gase, d.h. ein nicht inertes Fluid korrosiv auf die Widerstands-Heizelemente(13). Eine Schutzgasanordnung (82) verhindert den Kontakt von korrosivem Fluid mit den Widerstands-Heizelementen (13). Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Heizeinrichtung (80).The method according to the invention provides for heating a fluid in an electrical heating device (80) via the infrared radiation of a radiating surface. For this purpose, the heating device (80) has a resistance heating element arrangement with resistance heating elements (13), the surfaces of which form the radiating surface and emit infrared radiation into an absorber chamber (16) through which the fluid to be heated flows. The fluid contains an infrared light-absorbing gas and heats up by absorbing the infrared radiation. At high temperatures, non-inert gases, i.e., a non-inert fluid, have a corrosive effect on the resistance heating elements (13). A protective gas arrangement (82) prevents contact of corrosive fluid with the resistance heating elements (13). The invention further relates to an electrical heating device (80).

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrischen Erwärmung eines ein IR absorbierendes Gas aufweisendes, Wärme transportierenden Fluids auf wenigstens 800° C. [0001] The present invention relates to a method and a device for electrically heating a heat-transporting fluid comprising an IR-absorbing gas to at least 800°C.

[0002] Prozesswärme mit einer Temperatur von 800° C oder darüber, bis zu 1300° C wird in vielen Bereichen eingesetzt. Der Transport solcher Prozesswärme erfolgt häufig über ein Wärme transportierendes Fluid. Die Prozesswärme wird vergleichsweise selten in Solarkraftwerken und regelmässig durch elektrische Heizsysteme erzeugt. [0002] Process heat with temperatures of 800°C or higher, up to 1300°C, is used in many applications. Such process heat is often transported via a heat-transporting fluid. Process heat is generated comparatively rarely in solar power plants and regularly by electrical heating systems.

[0003] Im Bereich der Solarkraftwerke werden Receiver verwendet, die Temperaturen von 1300° C erreichen sollen, wobei die Sonnenstrahlung in die Struktur eines Absorbers eintritt, diese in ihrer Tiefe aufheizt und so über Konvektion das durch sie hindurchtretende Fluid erwärmt. Dabei ergibt sich in der Absorberstruktur eine kaum prognostizierbare unregelmässige Wärmeverteilung, verbunden mit mechanischen Problemen und ungleichmässiger Erwärmung des Fluids, wobei eine wetterabhängige, wechselnde Sonnenstrahlung diese Nachteile verstärken kann. Dadurch ist im Bereich der Receiver vorgeschlagen worden, vermehrt Absorption zur Erwärmung des Fluids einzusetzen, mit dem Vorteil, dass sich ein einfacherer Aufbau des Receivers ergibt und eine unregelmässige Wärmeverteilung mit ungleichmässiger Erwärmung des Fluids gemildert wird. [0003] In solar power plants, receivers are used that are designed to reach temperatures of 1300°C. Solar radiation penetrates the structure of an absorber, heats it deeply, and thus, via convection, heats the fluid passing through it. This results in an unpredictable, irregular heat distribution in the absorber structure, associated with mechanical problems and uneven heating of the fluid. Weather-dependent, fluctuating solar radiation can exacerbate these disadvantages. Therefore, it has been proposed in the field of receivers to increasingly use absorption to heat the fluid. This has the advantage of resulting in a simpler receiver structure and mitigating irregular heat distribution and uneven heating of the fluid.

[0004] Neben den eher seltenen, standortgebundenen bzw. wetterabhängigen Solarkraftwerken werden weit verbreitet elektrische Heizungssysteme für die Erwärmung von Gasen, die als Wärme transportierendes Fluid verwendet werden, eingesetzt, wobei standardmässig die an sich mögliche Absorption zur Übertragung der Wärme vermieden und bewusst erzwungene Konvektion eingesetzt wird, wie dies beispielsweise in der US 8 119 954 offenbart ist. Die Konstruktion dieser aufwendigen Heizungssysteme hat viele Vorteile, ist ausgereift, wobei mechanische Probleme bzw. die Wärmeverteilung im Fluid durch den Fachmann konstruktiv grundsätzlich beherrscht werden. Der Betrieb dieser elektrischen Heizsysteme soll auch bei Temperaturen von beispielsweise 1300° C weiter keine Probleme stellen, wobei aber bei solchen Temperaturen zunehmend die Gefahr besteht, dass das Fluid die Heizungssysteme korrodiert, da die Korrosion nicht nur von der Paarung des Materials für die elektrischen Heizelemente und dem Wärme transportierenden Fluid, sondern auch von der Temperatur abhängt. [0004] In addition to the rather rare, site-specific or weather-dependent solar power plants, electrical heating systems are widely used for heating gases used as heat-transporting fluids. As a standard, absorption, which is otherwise possible, is avoided for heat transfer and forced convection is deliberately used, as disclosed, for example, in US Pat. No. 8,119,954. The design of these complex heating systems has many advantages and is sophisticated, with mechanical problems and heat distribution in the fluid generally being mastered by those skilled in the art. The operation of these electrical heating systems should continue to pose no problems even at temperatures of, for example, 1300°C. However, at such temperatures there is an increasing risk that the fluid will corrode the heating systems, since corrosion depends not only on the combination of the material for the electrical heating elements and the heat-transporting fluid, but also on the temperature.

[0005] Nachteilig ist den elektrischen Heizungssystemen des Stands der Technik damit, dass bei höheren Temperaturen, schon ab 800° C und generell über 1000° C hinaus, das notwendigerweise elektrisch leitfähige Material der Widerstands-Heizelemente leicht oxidiert, also nur noch inerte bzw. bei diesen Temperaturen für ein jeweiliges Material nicht korrosive Gase als Wärme transportierendes Fluid erwärmt werden können. [0005] A disadvantage of the prior art electrical heating systems is that at higher temperatures, starting from 800°C and generally above 1000°C, the necessarily electrically conductive material of the resistance heating elements is easily oxidized, meaning that only inert gases or gases that are not corrosive to a particular material at these temperatures can be heated as a heat-transporting fluid.

[0006] Entsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur elektrischen Erwärmung von beiden, nicht korrosiven und auch korrosiven Gasen, wie beispielsweise Wasserdampf, auf wenigstens 800° C sowie eine entsprechende elektrische Heizeinrichtung bereit zu stellen. [0006] Accordingly, it is the object of the present invention to provide a method for electrically heating both non-corrosive and corrosive gases, such as water vapor, to at least 800°C and a corresponding electrical heating device.

[0007] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 oder durch eine elektrische Heizeinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 17 gelöst. [0007] This object is achieved by a method having the features of claim 1 or by an electric heating device having the features of claim 17.

[0008] Dadurch, dass das Wärme transportierende Fluid ein infrarot absorbierendes Gas aufweist und in einem Absorberraum der Infrarotstrahlung einer elektrischen Heizeinrichtung ausgesetzt wird, erfolgt die Wärmübertragung überwiegend durch Absorbption, mit der Folge, dass eine konstruktive vorteilhaft vereinfachte elektrische Heizeinrichtung zur Verfügung steht, welche wiederum erlaubt, diese modular mit nur kleinem weiteren konstruktiven Aufwand mit einer Schutzgasanordnung für die Widerstands-Heizelemente derart zu versehen, dass sie für ein korrosives, Wärme transportierendes Fluid auch im industriellen Massstab verwendbar ist. [0008] Because the heat-transporting fluid comprises an infrared-absorbing gas and is exposed to the infrared radiation of an electrical heating device in an absorber chamber, the heat transfer occurs predominantly by absorption, with the result that a structurally advantageously simplified electrical heating device is available, which in turn allows it to be provided in a modular manner with only a small additional structural outlay with a protective gas arrangement for the resistance heating elements in such a way that it can also be used on an industrial scale for a corrosive, heat-transporting fluid.

[0009] Über die gestellte Aufgabe hinaus ist es erfindungsgemäss auch möglich, Temperaturen bis hin zu 1400 C, 1600 C oder mehr zu erreichen, für die bisher elektrische Heizeinrichtungen für den praktischen, auch industriellen Gebrauch nicht erhältlich sind, auch nicht für nicht korrosive Gase. [0009] In addition to the stated object, it is also possible according to the invention to reach temperatures up to 1400 C, 1600 C or more, for which electrical heating devices for practical, even industrial, use have not been available so far, even for non-corrosive gases.

[0010] Es ergibt sich, dass erfindungsgemäss nicht korrosives Gas wie CO2und auch korrosives Gas wie Wasserdampf auf Temperaturen von mehr als 800° C bis hin zu den oben genannten Temperaturen erwärmt werden können, wobei für korrosives Gas ein Verfahren bzw. eine Ausbildung der Heizeinrichtung nach den Merkmalen der Ansprüche 5 und 27 vorteilhaft ist. Weitere bevorzugte Ausführungsformen weisen die Merkmale der übrigen abhängigen Ansprüche auf. [0010] It is apparent that, according to the invention, non-corrosive gas such as CO2 and also corrosive gas such as steam can be heated to temperatures of more than 800°C up to the temperatures mentioned above, wherein for corrosive gas, a method or a design of the heating device according to the features of claims 5 and 27 is advantageous. Further preferred embodiments have the features of the remaining dependent claims.

[0011] Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren noch etwas näher beschrieben. [0011] The invention is described in more detail below with reference to the figures.

[0012] Es zeigt: Figur 1 schematisch einen bekannten Kreislauf, in dem ein Wärme transportierendes Fluid zirkuliert und durch eine elektrische Heizeinrichtung erwärmt wird, Figur 2 schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen elektrische Heizeinrichtung, Figur 3a bis 3e schematisch verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemässen elektrischen Heizeinrichtung, Figur 4 schematisch eine für ein korrosives Gas modifizierte Ausführungsform der elektrischen Heizeinrichtung, Figur 5 schematisch eine weiter Ausführungsform einer erfindungsgemässen elektrischen Heizeinrichtung für korrosives Gas, Figur 6 schematisch eine weitere Ausführungsform einer elektrischen Heizeinrichtung, und Figur 7 schematisch ein Verfahren zur Abtrennung von Schutzgas, das in einem Kreislauf von Wärme transportierendem Fluid einer erfindungsgemässen elektrischen Heizeinrichtung für korrosives Gas vorhanden ist.[0012] It shows: Figure 1 schematically a known circuit in which a heat-transporting fluid circulates and is heated by an electric heating device, Figure 2 schematically an embodiment of an electric heating device according to the invention, Figures 3a to 3e schematically different embodiments of an electric heating device according to the invention, Figure 4 schematically an embodiment of the electric heating device modified for a corrosive gas, Figure 5 schematically a further embodiment of an electric heating device according to the invention for corrosive gas, Figure 6 schematically a further embodiment of an electric heating device, and Figure 7 schematically a method for separating protective gas which is present in a circuit of heat-transporting fluid of an electric heating device according to the invention for corrosive gas.

[0013] Figur 1 zeigt schematisch einen als solchen bekannten Kreislauf für ein Wärme transportierendes Fluid mit einer Fluid-Transportleitung 1, in der ein Wärme transportierendes Fluid in Pfeilrichtung transportiert, in einer Anordnung zur Erwärmung des Fluids, hier einer erfindungsgemässen elektrischen Heizeinrichtung 2, auf wenigstens 800° C erwärmt und zu einem Verbraucher 3 geführt wird, wo es seine Wärme wieder abgibt und danach zurückgeführt zur Heizeinrichtung 2 zur erneuten Erwärmung wieder in diese gelangt. Der Verbraucher 3 seinerseits verwendet die erhaltene Wärme als Prozesswärme, die dann dessen In- und Output erlaubt, wie er dem Fachmann bekannt ist und durch die beim Verbraucher 3 eingezeichneten Pfeile symbolisiert ist. Die elektrische Heizeinrichtung 2 weist einen Fluid-Zufuhranschluss 4 für das kalte Fluid (mit der Temperautur Tu) und einen Fluid-Abgabeanschluss 5 für das warme Fluid (mit der Temperatur To) auf, zudem elektrische Leitungen 6,6' zur Versorgung mit dem für die Erwärmung des Fluids benötigten Strom von einer symbolisch angedeuteten, geeigneten Stromquelle 7. Es ergibt sich, dass bevorzugt das Wärme transportierende Fluid in einem Kreislauf geführt wird, in dem sich die Anordnung zur Erwärmung des Fluids 2 und ein Verbraucher 3 für die Wärme des erwärmten Fluids befinden. [0013] Figure 1 schematically shows a circuit known as such for a heat-transporting fluid with a fluid transport line 1, in which a heat-transporting fluid is transported in the direction of the arrow, heated to at least 800°C in an arrangement for heating the fluid, here an electric heating device 2 according to the invention, and fed to a consumer 3, where it releases its heat and is then fed back to the heating device 2 for further heating. The consumer 3, in turn, uses the heat obtained as process heat, which then allows its input and output, as is known to those skilled in the art and symbolized by the arrows drawn next to the consumer 3. The electrical heating device 2 has a fluid supply connection 4 for the cold fluid (with the temperature Tu) and a fluid discharge connection 5 for the warm fluid (with the temperature To), as well as electrical lines 6, 6' for supplying the current required for heating the fluid from a symbolically indicated, suitable current source 7. It follows that the heat-transporting fluid is preferably guided in a circuit in which the arrangement for heating the fluid 2 and a consumer 3 for the heat of the heated fluid are located.

[0014] Es sei angemerkt, dass das erfindungsgemässe Verfahren bzw. elektrische Heizeinrichtung nicht auf die Anwendung in einem Fluidkreislauf beschränkt ist, obschon dies Hauptanwendungsfall betrifft. [0014] It should be noted that the method and electrical heating device according to the invention are not limited to use in a fluid circuit, although this is the main application.

[0015] Figur 2 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemässe, als elektrische Heizeinrichtung 10 ausgebildete Anordnung zur Erwärmung eines Wärme transportierenden Fluids, mit ihrem Fluid-Zufuhranschluss 4 und einer Fluid-Sammelöffnungen 11' aufweisenden, hier als Ringleitung 11 ausgebildeten Sammelleitung, die als Sammler für erwärmtes Fluid dient und in einen zur Entlastung der Figur weggelassenen Fluid-Ausgabeanschluss 5 (Figur 1a) führt. [0015] Figure 2 shows a section through an arrangement according to the invention, designed as an electric heating device 10, for heating a heat-transporting fluid, with its fluid supply connection 4 and a collecting line having fluid collecting openings 11', designed here as a ring line 11, which serves as a collector for heated fluid and leads into a fluid output connection 5 (Figure 1a) omitted to relieve the figure.

[0016] Eine Infrarot-Strahlungseinrichtung ist wie folgt als Widerstands-Heizelementanordnung 12 ausgebildet (nachstehend wird für Infrarot die Abkürzung „IR“ verwendet): bevorzugt konzentrisch angeordnete Widerstands-Heizelemente 13 erwärmen sich im Betrieb, d.h. bei aktivierter Stromquelle 7, auf eine Temperatur mehr als 800° C, bis hin zu beispielsweise 1200° C, 1400° C, 1600° C, 1800° C oder mehr und geben damit nach dem Schwarzkörpermodell der Physik über ihre Oberfläche 14 die durch die Pfeile symbolisierte IR-Strahlung 15 ab. [0016] An infrared radiation device is designed as follows as a resistance heating element arrangement 12 (hereinafter the abbreviation "IR" is used for infrared): preferably concentrically arranged resistance heating elements 13 heat up during operation, i.e. when the power source 7 is activated, to a temperature of more than 800° C, up to, for example, 1200° C, 1400° C, 1600° C, 1800° C or more and thus emit the IR radiation 15 symbolized by the arrows via their surface 14 according to the black body model of physics.

[0017] Die IR-strahlende Oberfläche 14 gebildet durch die einzelnen Oberflächen der Heizelemente 13 sind in einen Absorberraum 16 hinein gerichtet, der sich über eine Länge vom einen Ende, hier dem Zufuhranschluss 4, bis zum anderen Ende, hier der Widerstands-Heizelementanordnung 12 erstreckt, quer zu seinen Enden eine diese verbindende Seitenwand 17 aufweist, die hier einen zylindrischen und einen konischen Abschnitt aufweist. Der Absorberraum 16 wird in Richtung der Pfeile 18 vom Fluid durchströmt. Damit bildet die Widerstands-Heizelementanordnung 12 über die Widerstands-Heizelemente 13 eine IR-Strahlungseinrichtung, die eine dem Absorberraum 16 zugewendete, IR strahlenden Oberfläche 14 aufweist. Die IR-strahlende Oberfläche 14 ist mit anderen Worten ausgebildet, im Betrieb die von der Widerstands-Heizelementanordnung 12 generierte Wärme möglichst vollständig als IR-Strahlung 15 in den Absorberraum 16 abzugeben. [0017] The IR-radiating surface 14 formed by the individual surfaces of the heating elements 13 is directed into an absorber chamber 16, which extends over a length from one end, here the supply connection 4, to the other end, here the resistance heating element arrangement 12, and has a side wall 17 connecting them transversely to its ends, which side wall 17 has a cylindrical and a conical section. The fluid flows through the absorber chamber 16 in the direction of the arrows 18. The resistance heating element arrangement 12 thus forms, via the resistance heating elements 13, an IR radiation device having an IR-radiating surface 14 facing the absorber chamber 16. In other words, the IR-radiating surface 14 is designed, during operation, to release as completely as possible the heat generated by the resistance heating element arrangement 12 as IR radiation 15 into the absorber chamber 16.

[0018] Das den Absorberraum 16 vom Zufuhranschluss 4 her mit einer Eingangstemperatur Tu(die beispielsweise bei 600 °C oder in einem anderen Temperaturbereich liegen kann) in Richtung der Pfeile 18 durchströmende Fluid weist nun ein IR-absorbierendes Gas auf, das der IR-Strahlung 15 ausgesetzt ist, diese absorbiert und sich damit bis zu den Sammelöffnungen 11' auf eine höhere Ausgangstemperatur Toerwärmt. Dabei ist es so, dass nahe bei den Widerstands-Heizelementen 13 bzw. der IR strahlenden Oberfläche 14 gelegene Bereiche des IR-absorbierenden Gases einen grossen Anteil der IR-Strahlung 15 absorbieren, sich dadurch erwärmen, dabei selbst entsprechend dem Schwarzkörpermodell IR-Strahlung emittieren und so benachbarte, etwa entgegen der Richtung der Pfeile 18 stromaufwärts zurückliegende Gasbereiche seinerseits erwärmen. Das im Absorberraum 16 vorhandene Fluid kann sich so entgegen der Strömungsrichtung gegen den Zufuhranschluss 4 hin erwärmen. [0018] The fluid flowing through the absorber chamber 16 from the supply connection 4 in the direction of the arrows 18 at an inlet temperature Tu (which may be, for example, 600 °C or in another temperature range) now comprises an IR-absorbing gas that is exposed to the IR radiation 15, absorbs it, and thus heats up to a higher outlet temperature To by the collection openings 11'. Regions of the IR-absorbing gas located close to the resistance heating elements 13 or the IR-radiating surface 14 absorb a large portion of the IR radiation 15, thereby heating up, and in doing so, emit IR radiation themselves according to the blackbody model, thus heating up neighboring gas regions located upstream, approximately opposite the direction of the arrows 18. The fluid present in the absorber chamber 16 can thus heat up against the flow direction toward the supply connection 4.

[0019] Zugleich erwärmt sich auch die Seitenwand 17, teils durch die IR Strahlung 15 der Widerstandsheizelemente 13, teils durch die IR Strahlung des bereits erwärmten IR absorbierenden Gases und emittiert dann ihrerseits nach dem Schwarzkörpermodell IR-Strahlung in den Absorberraum 16 hinein, so dass sie entsprechend ebenfalls zur Erwärmung des Gases beiträgt. [0019] At the same time, the side wall 17 also heats up, partly by the IR radiation 15 of the resistance heating elements 13, partly by the IR radiation of the already heated IR-absorbing gas and then, in turn, emits IR radiation into the absorber chamber 16 according to the black body model, so that it also contributes to the heating of the gas.

[0020] Als Beispiel dafür sei ein Punkt 17' der Seitenwand 17 genommen, der durch den IR Strahl 15' der IR strahlenden Oberfläche 14 erreicht, somit erwärmt wird und so nach dem Schwarzkörpermodell seinerseits IR Strahlung 15* emittiert, die in den Absorberraum 16 eindringt. Die IR Strahlung 15* erreicht beispielsweise ein Volumenelement 18' des IR absorbierenden Gases im Fluid, wird von diesem absorbiert, worauf das Volumenelement 18' sich erwärmt. Wenn das Fluid neben dem IR absorbierenden Gas ein anderes, nicht IR absorbierendes Gas enthält (z.B. ein Schutzgas, s. die Beschreibung unten) kollidiert das Volumenelement 18' früher oder später mit einem Volumenelement 19' dieses nicht IR absorbierenden Gases und erwärmt dieses auf der Molekularebene durch den Zusammenstoss der jeweiligen Moleküle. Enthält das Wärme transportierende Fluid also neben dem IR-absorbierenden Gas noch weitere, nicht IR-absorbierende Gase, ist es schliesslich so, dass sich diese durch den Zusammenprall der jeweiligen Moleküle ebenfalls erwärmen, so dass über die IR-Strahlung 15 und die Durchmischung der Gase schliesslich das gesamte Fluid direkt und indirekt durch die Absorption der IR Strahlung 15 erwärmt ist. [0020] As an example, consider a point 17' of the side wall 17, which is reached by the IR beam 15' of the IR-radiating surface 14, is thus heated, and according to the blackbody model, in turn emits IR radiation 15*, which penetrates the absorber chamber 16. The IR radiation 15*, for example, reaches a volume element 18' of the IR-absorbing gas in the fluid, is absorbed by it, and then the volume element 18' heats up. If the fluid contains another, non-IR-absorbing gas (e.g., a protective gas, see the description below) in addition to the IR-absorbing gas, the volume element 18' sooner or later collides with a volume element 19' of this non-IR-absorbing gas and heats it at the molecular level through the collision of the respective molecules. If the heat-transporting fluid contains other non-IR-absorbing gases in addition to the IR-absorbing gas, these also heat up due to the collision of the respective molecules, so that via the IR radiation 15 and the mixing of the gases, the entire fluid is finally heated directly and indirectly by the absorption of the IR radiation 15.

[0021] Weiter hat das Fluid notwendigerweise Kontakt mit der warmen Seitenwand 17 und auch mit der auf Grund ihrer hohen Temperatur IR strahlenden Oberfläche 14, so dass auch eine untergeordnete konvektive Erwärmung des Fluids erfolgt (untergeordnet, da sie konstruktiv nicht unterstützt wird - die konstruktive Auslegung der elektrischen Heizeinrichtung 10 ist auf Absorption ausgerichtet). [0021] Furthermore, the fluid necessarily has contact with the warm side wall 17 and also with the surface 14 which radiates IR due to its high temperature, so that a subordinate convective heating of the fluid also takes place (subordinate, since it is not supported by the design - the design of the electrical heating device 10 is geared towards absorption).

[0022] Die oben genannten Verhältnisse sind komplex, so dass sich im Betrieb im Absorberraum 16 eine Temperaturverteilung einstellt, die zwar gleichförmig sein kann, aber grundsätzlich aus einem Durcheinander von lokalen, überhitzten oder unterkühlten Gaszonen besteht, die mehr oder weniger durch Absorption der IR Strahlung 15, 15* oder auch durch konvektive Wärmeübertragung an der Wand 17 bzw. der IR strahlenden Oberfläche 14 verursacht sind. Es zeigt sich nun, dass der Wärmeübergang von den Widerstands-Heizelementen 13 zum Fluid effizient erfolgt, wenn der Anteil des Wärmeübergangs durch Absorption erhöht wird, und dass dann ebenso eine wesentlich gleichmässigere Temperaturverteilung im Fluid, wenigstens im Bereich der Sammelöffnungen 11' erreichbar ist. Unter Anderem die Abmessungen des Absorberraums 16 und der IR strahlenden Oberfläche 14 sind bestimmende Parameter dafür. [0022] The above-mentioned conditions are complex, so that during operation, a temperature distribution is established in the absorber chamber 16 which, although it may be uniform, basically consists of a jumble of local, superheated or supercooled gas zones, which are caused more or less by the absorption of the IR radiation 15, 15* or by convective heat transfer at the wall 17 or the IR-radiating surface 14. It is now apparent that the heat transfer from the resistance heating elements 13 to the fluid is efficient if the proportion of heat transfer by absorption is increased, and that a significantly more uniform temperature distribution in the fluid, at least in the area of the collecting openings 11', can then be achieved. Among other things, the dimensions of the absorber chamber 16 and the IR-radiating surface 14 are determining parameters for this.

[0023] Erfindungsgemäss wird also der Wärmeübergang in einer elektrischen Heizeinrichtung 10 von der Zwangskonvektion gemäss dem Stand der Technik (erreicht durch ein hohes Verhältnis der erwärmenden Wandfläche zum zu erwärmenden Fluidvolumen) umgekehrt und eine hohe IR Absorption angestrebt, die erreicht wird durch einen grossen Volumenanteil des zu erwärmenden Fluids im Vergleich zu der das Fluid umgebenden, warmen Wandfläche. [0023] According to the invention, the heat transfer in an electric heating device 10 is reversed from the forced convection according to the prior art (achieved by a high ratio of the heated wall surface to the fluid volume to be heated) and a high IR absorption is sought, which is achieved by a large volume fraction of the fluid to be heated in comparison to the warm wall surface surrounding the fluid.

[0024] Unter Berücksichtigung der oben genannten Abmessungen des Absorberraums 16 und der IR strahlenden Oberfläche 14 kann nun der Fachmann die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids als weiteren bestimmenden Parameter derart auf diese Abmessungen abstimmen, dass das Verhältnis χ der Erwärmung des IR absorbierenden Gases durch Absorption von IR Strahlung gegenüber seiner gesamten Erwärmung durch Absorption und Konvektion ≥ 0.5 ist, oder den Wert ≥ 0.6, bevorzugt ≥ 0.7, besonders bevorzugt ≥ 0.8 und ganz bevorzugt ≥ 0.9 erreicht. Die Wärmeverteilung im Fluid wird dabei gleichmässig, erfolgt effizient und ist bei den Sammelöffnungen 11' nahezu vollkommen gleichförmig. [0024] Taking into account the above-mentioned dimensions of the absorber chamber 16 and the IR-radiating surface 14, the skilled person can now adjust the flow velocity of the fluid, as a further determining parameter, to these dimensions in such a way that the ratio χ of the heating of the IR-absorbing gas by absorption of IR radiation compared to its total heating by absorption and convection is ≥ 0.5, or reaches the value ≥ 0.6, preferably ≥ 0.7, particularly preferably ≥ 0.8, and most preferably ≥ 0.9. The heat distribution in the fluid is thereby uniform, efficient, and almost completely uniform at the collection openings 11'.

[0025] Vorteilhaft ist dabei, dass die Konstruktion der elektrischen Heizeinrichtung 10 einschliesslich der als IR-Strahlungseinrichtung ausgebildeten Widerstands-Heizelementanordnung 12 im Vergleich zu den konventionellen elektrischen Heizeinrichtungen geradezu simpel und entsprechend kostengünstig ist und auch einen relevant kleineren Strömungswiderstand aufweist, der zur Effizienz, d.h. einem höheren Wirkungsgrad, beiträgt. [0025] It is advantageous that the construction of the electrical heating device 10, including the resistance heating element arrangement 12 designed as an IR radiation device, is quite simple and correspondingly cost-effective compared to conventional electrical heating devices and also has a significantly lower flow resistance, which contributes to efficiency, i.e. a higher degree of effectiveness.

[0026] Es sei hier angemerkt, dass die Heizleistung der Widerstands-Heizelemente 13 als solche, d.h. der Fluss der IR Strahlung 15, in erster Näherung das Verhältnis χ nur untergeordnet beeinflusst, welches durch die gegenseitige Abstimmung der Abmessungen des Absorberraums 16, der IR-strahlenden Oberfläche 14 und der Strömungsgeschwindigkeit dominiert wird. Sollen aber strengere Spezifikationen betreffend beispielsweise einer gewünschten Ausgangstemperatur Toeingehalten werden, kann der Fachmann bevorzugt den durch die Heizleistung gegebenen der Fluss der IR - Strahlung in den Absorberraum 16 in die gegeneinander abzustimmenden Grössen als weiteren Parameter mit einbeziehen. [0026] It should be noted here that the heating power of the resistance heating elements 13 as such, i.e., the flux of IR radiation 15, in a first approximation only has a subordinate influence on the ratio χ, which is dominated by the mutual coordination of the dimensions of the absorber chamber 16, the IR-radiating surface 14, and the flow velocity. However, if stricter specifications regarding, for example, a desired initial temperature To are to be met, the skilled person can preferably include the flux of IR radiation into the absorber chamber 16, determined by the heating power, as an additional parameter in the quantities to be coordinated.

[0027] Die gegenseitige Abstimmung der oben genannten Abmessungen, der Strömungsgeschwindigkeit und gegebenenfalls auch des IR-Flusses in den Absorberraum 16 hinein kann der Fachmann im konkreten Fall durch Simulation oder auch durch Versuche vornehmen. Bevorzugt wird der Fachmann zuerst das Fluid bestimmen, d.h. das IR absorbierende Gas, dann je nach Absorptivität des IR absorbierenden Gases und der Temperaturen Tuund Todie Abmessungen des Absorberraums 16 und damit auch der IR strahlenden Oberfläche 14 und schliesslich die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids durch den Absorberraum 16 hindurch. [0027] The mutual coordination of the above-mentioned dimensions, the flow velocity, and possibly also the IR flow into the absorber chamber 16 can be carried out by a person skilled in the art in a specific case by simulation or by experiments. Preferably, the person skilled in the art will first determine the fluid, i.e., the IR-absorbing gas, then, depending on the absorptivity of the IR-absorbing gas and the temperatures Tu and To, the dimensions of the absorber chamber 16 and thus also of the IR-radiating surface 14, and finally the flow velocity of the fluid through the absorber chamber 16.

[0028] Mit der oben beschriebenen elektrischen Heizeinrichtung 10 sind Ausgangstemperaturen Tovon, wie oben erwähnt, wenigstens 800° C, aber auch höhere Temperaturen wie wenigstens 1000° C, 1200° C, 1400° C, oder 1600° C oder mehr, nicht nur für kleine Massenströme, sondern auch für industrielle Anwendungen erreichbar. Zur Vermeidung der Korrosion der Widerstands-Heizelemente 13 bzw. ihrer IR strahlenden Oberläche 14, können deren Werkstoff und die Art der Gase im Fluid aufeinander abgestimmt werden. Bevorzugt weist daher die IR - strahlende Oberfläche beispielsweise eine hochtemperaturfeste Legierung von Eisen, Chrom und Aluminium (APN), Siliziumkarbid oder Molybdändisilizium MoSi2, auf, das Fluid aus Wasserdampf oder Kohlendioxyd oder ein Gemisch davon, oder alternativ weist die Infrarot-strahlende Oberfläche (14) Siliziumkarbid und das Fluid als infrarot absorbierendes Gas Kohlendioxyd CO2 auf. Sowohl die IR-strahlende Oberfläche als auch das Fluid können auch aus den genannten Materialien bestehen. [0028] With the above-described electrical heating device 10, starting temperatures To of, as mentioned above, at least 800°C, but also higher temperatures such as at least 1000°C, 1200°C, 1400°C, or 1600°C or more can be achieved not only for small mass flows, but also for industrial applications. To avoid corrosion of the resistance heating elements 13 or their IR-radiating surface 14, their material and the type of gases in the fluid can be matched to one another. Therefore, the IR-radiating surface preferably comprises, for example, a high-temperature-resistant alloy of iron, chromium, and aluminum (APN), silicon carbide, or molybdenum disilicon MoSi2, the fluid comprises water vapor or carbon dioxide, or a mixture thereof, or alternatively, the infrared-radiating surface (14) comprises silicon carbide, and the fluid comprises carbon dioxide CO2 as the infrared-absorbing gas. Both the IR-radiating surface and the fluid can also be made of the materials mentioned.

[0029] Die oben genannte Legierung aus Eisen, Chrom und Aluminium ist unter der Marke Kanthal<®>APM der Firma Kanthal in Deutschland erhältlich und wird in der Rubrik „Resistance heating wire and resistance wire“ als „powder-metallurgical, dispersion-strengthened, ferritic ironchromium-aluminium alloy (FeCrAl alloy) for use at temperatures up to 1425°C“ bezeichent. Die erste Materialgruppe von APM, Siliziumkarbid oder Molybdändisilizium ist daher besonders für Fluidtemperaturen bis ca 1200 °C geeignet, die zweite Materialgruppe mit Siliziumkarbid für diese Temperatur übersteigende Temperaturen. [0029] The above-mentioned alloy of iron, chromium, and aluminum is available under the brand name Kanthal<®>APM from Kanthal in Germany and is described in the "Resistance heating wire and resistance wire" section as a "powder-metallurgical, dispersion-strengthened, ferritic ironchromium-aluminum alloy (FeCrAl alloy) for use at temperatures up to 1425°C." The first material group of APM, silicon carbide or molybdenum disilicon, is therefore particularly suitable for fluid temperatures up to approximately 1200°C, while the second material group, containing silicon carbide, is suitable for temperatures exceeding this temperature.

[0030] Konkret erscheinen Ausgangstemperaturen Tovon beispielsweise 1000° C und 1500° C oder sogar 2000° C interessant, wobei mit steigender Temperatur die Auswahl an Materialien für Widerstands-Heizelemente sinkt, da einerseits die Temperaturfestigkeit als solche an eine Grenze stösst und andererseits die Korrosionsanfälligkeit stark ansteigt, so dass betreffend der Materialwahl die Ausgangstemperatur Torelevant ist. Disbezüglich sei noch angefügt, dass beispielsweise der stark absorbierende Wasserdampf (H2O) als Wärme transportierendes Fluid vorteilhaft ist, da sich dadurch in einer erfindungsgemässen elektrischen Heizeinrichtung auf Grund seiner hohen Absorption ein hoher Massenstrom realisieren lässt - Wasserdampf ist aber mit ansteigender Temperatur stark oxidierend, also stark korrosiv. [0030] Specifically, starting temperatures To of, for example, 1000°C and 1500°C or even 2000°C appear to be interesting, whereby with increasing temperature, the choice of materials for resistance heating elements decreases, since, on the one hand, the temperature resistance as such reaches a limit and, on the other hand, the susceptibility to corrosion increases significantly, so that the starting temperature To is relevant with regard to the choice of material. In this regard, it should also be added that, for example, highly absorbent water vapor (H2O) is advantageous as a heat-transporting fluid, since it allows a high mass flow to be achieved in an electrical heating device according to the invention due to its high absorption - however, water vapor is highly oxidizing, i.e., highly corrosive, with increasing temperature.

[0031] Für eine Ausgangstemperatur in einem unteren, beispielsweise 1000° C enthaltenden Temperaturbereich stehen damit viele Materialkombinationen (Widerstands-Heizelemente / Fluid) zur Verfügung, die der Fachmann aus dem Gebiet der konvektiven elektrischen Heizelemente kennt, wobei ein Schutzgas nicht erforderlich ist. Dazu zählen etwa die bekannten und günstigen Eisen-Chrom-Aluminiumlegierungen, die mit Wasserdampf als Fluid betrieben werden können. [0031] For an initial temperature in a lower temperature range, for example, 1000°C, many material combinations (resistance heating elements/fluid) are available that are familiar to those skilled in the art from the field of convective electrical heating elements, whereby a protective gas is not required. These include, for example, the well-known and inexpensive iron-chromium-aluminum alloys, which can be operated with steam as the fluid.

[0032] Für eine Ausgangstemperatur in einem mittleren, beispielsweise 1500° C enthaltenden Temperaturbereich ist die vorteilhafte Kombination von Eisen-Chrom-Aluminiumlegierungen und Wasserdampf ohne Schutzgas nicht mehr möglich. Ohne Schutzgas ist eine Kombination von Siliziumkarbid (SiC) und Kohlendioxyd (CO2) als Fluid zwar geeignet, aber als solche eher teuer. Ebenso ist eine Kombination von Molybdändisilizium (MoSi2) und Wasserdampf oder Kohlendioxyd (CO2) als Fluid möglich. [0032] For a starting temperature in a medium temperature range, for example, 1500°C, the advantageous combination of iron-chromium-aluminum alloys and steam is no longer possible without a protective gas. Without a protective gas, a combination of silicon carbide (SiC) and carbon dioxide (CO2) as a fluid is suitable, but rather expensive. A combination of molybdenum disilicon (MoSi2) and steam or carbon dioxide (CO2) as a fluid is also possible.

[0033] Für eine Ausgangstemperatur von beispielsweise 1500° C kann aber mit Schutzgas der vorteilhafte Waserdampf als Fluid verwendet werden, wenn als Schutzgas Kohlendioxyd (CO2) und für die Widerstands-Heizelemente Siliziumkarbid (SiC) eingesetzt werden. Der Grund liegt darin, dass das Siliziumkarbid (SiC) eine Schutzschicht ausbildet, die gegenüber Kohlendioxyd (CO2), aber nicht gegenüber Wasserdampf beständig ist. Vorteilhaft an einer Kombination von Siliziumkarbid, Wasserdampf und Kohlendioxyd als Schutzgas ist weiter, dass das Kohlendioxyd ebenfalls absorptiv ist, was die schnelle Erwärmung im Absorberraum und damit einen grossen Volumenstrom zusätzlich unterstützt. Ist im konkreten Fall ein nicht absorbierendes Schutzgas gewünscht, kann beispielsweise bei Wasserdampf als Fluid Argon (Ar) als Schutzgas und Graphit als Material für die Widerstands-Heizelemente ausgewählt werden. [0033] For an initial temperature of, for example, 1500°C, however, the advantageous steam can be used as a fluid with a protective gas if carbon dioxide (CO2) is used as the protective gas and silicon carbide (SiC) is used for the resistance heating elements. The reason for this is that the silicon carbide (SiC) forms a protective layer that is resistant to carbon dioxide (CO2) but not to steam. A further advantage of a combination of silicon carbide, steam, and carbon dioxide as a protective gas is that the carbon dioxide is also absorptive, which further supports rapid heating in the absorber chamber and thus a large volume flow. If a non-absorbing protective gas is desired in a specific case, argon (Ar) can be selected as the protective gas, for example, if steam is used as the fluid, and graphite can be selected as the material for the resistance heating elements.

[0034] Für eine Ausgangstemperatur in einem oberen, beispielsweise 2000° C enthaltenden Temperaturbereich erscheint die Auswahl an Materialien für die Widerstands-Heizelemente nicht mehr gross. Graphit oder für Hochtemperaturanwendungen auf dem Markt angebotene Wolfram Legierungen und auch Molybdän (Mo) Legierungen sind grundsätzlich möglich, aber weder mit dem an sich vorteilhaften Wasserdampf (H2O) noch mit CO2verträglich, so dass dann ein Schutzgas vorzusehen ist. Edelgase wie Argon (Ar) eignen sich als Schutzgas sowohl für Graphit als auch Wolfram-Legierungen bzw. Molybdänlegierungen, wobei für letztere auch Wasserstoff (H2) als Schutzgas verwendet werden kann. Diese für 2000° C geeigneten Materialien für die Widerstands-Heizelemente korrodieren aber mit Wasserdampf (H2O) bzw. Kohlendioxyd (CO2) auch schon bei 1000° C, so dass auch in diesem Temperaturbereich eine Schutzgasanordnung Sinn machen kann - eine entsprechende elektrische Heizeinrichtung wäre dann vorteilhaft über einen breiten Temperaturbereich von 800° C bis 2000° C betreibbar. [0034] For an initial temperature in an upper temperature range, for example, containing 2000°C, the choice of materials for the resistance heating elements appears limited. Graphite or tungsten alloys and molybdenum (Mo) alloys available on the market for high-temperature applications are, in principle, possible, but are neither compatible with the inherently advantageous water vapor (H2O) nor with CO2, so that a protective gas must be provided. Noble gases such as argon (Ar) are suitable as a protective gas for both graphite and tungsten or molybdenum alloys, although hydrogen (H2) can also be used for the latter. However, these materials for the resistance heating elements, which are suitable for 2000°C, corrode with water vapor (H2O) or carbon dioxide (CO2) even at 1000°C, so that a protective gas arrangement can also make sense in this temperature range - a corresponding electrical heating device would then be advantageously operable over a wide temperature range from 800°C to 2000°C.

[0035] Im Ganzen ergibt sich, dass der Fachmann für den konreten Fall (Z.B. unterer, mittlerer oder oberer Temperaturbereich) die Materialien zusammenstellen muss, aber die erfindungsgemässe elektrische Heizeinrichtung auf Grund ihrer einfachen Konstruktion für jede Materialkombination und jeden Temperaturbereich geeignet ist, so dass letztlich betreffend einem gewünschten zu erwärmenden Fluid bzw. der Ausgangstemperatur Toim Gegensatz zum Stand der Technik keine Einschränkungen bestehen. Im oben genannten Stand der Technik ist es beispielsweise kaum möglich, diese Konstruktion, wenn überhaupt, auf einfache Weise für Schutzgas zu modifizieren. [0035] Overall, it follows that the skilled person must select the materials for the specific case (e.g., lower, middle, or upper temperature range), but the electric heating device according to the invention, due to its simple construction, is suitable for any material combination and any temperature range, so that ultimately, unlike the prior art, there are no restrictions regarding the desired fluid to be heated or the initial temperature To. In the above-mentioned prior art, for example, it is hardly possible, if at all, to simply modify this construction for protective gas.

[0036] Schliesslich sei noch angemerkt, dass die Strömungsrichtung nicht zwingend gegen die IR strahlende Oberfläche 14 erfolgen muss, sondern auch umgekehrt werden kann. Dann würde die Richtung der Pfeile 18 umgekehrt und die in der Figur 2 als Sammelöffnungen 11' bezeichneten Öffnungen der Zufuhr des Fluids dienen, und das Fluid über den in der Figur 2 als Zufuhranschluss 4 bezeichneten Anschluss abgeführt. Der Fachmann kann dann die Abmessungen, die Strömungsgeschwindigkeit und gegebenenfals den IR Fluss in den Absorberraum 16 hinein gleich abstimmen, wie das bei einer Strömunsrichtung gemäss der Ausführungsform von Figur 2 der Fall ist. [0036] Finally, it should be noted that the flow direction does not necessarily have to be directed toward the IR-radiating surface 14, but can also be reversed. In this case, the direction of the arrows 18 would be reversed, and the openings designated as collection openings 11' in Figure 2 would serve to supply the fluid, and the fluid would be discharged via the connection designated as supply connection 4 in Figure 2. The skilled person can then adjust the dimensions, the flow velocity, and, if appropriate, the IR flow into the absorber chamber 16 in the same way, as is the case with a flow direction according to the embodiment of Figure 2.

[0037] Betreffend dem Aufbau der elektrischen Heizeinrichtung 10 ergibt sich gemäss der in der Figur 1 dargestellten Ausführungsform bevorzugt, dass der Absorberraum 16 in der Fluidströmungsrichtung zwischen seinen Enden eine Länge und quer dazu eine die Enden verbindende Seitenwand 17 aufweist, die IR - strahlende Oberfläche 14 am einen Ende sowie entweder der Zufuhr- oder der Ausgabeanschluss am gleichen Ende, aber in die Seitenwand 17 mündend ausgebildet und der andere Anschluss am gegenüberliegenden Ende vorgesehen und bevorzugt als sich verengender Anschluss ausgebildet ist. In der Figur 1 ist beispielsweise der obere Bereich der Seitenwand 17 konisch eingezogen, so dass ein sich verengender Anschluss gebildet wird. Weiter ergibt sich bevorzugt, dass die Widerstands-Heizelementanordnung 12 konzentrisch angeordnete, ringförmige Heizelemente 13 aufweist, und der Absorberraum 17 bevorzugt einen an diese anschliessenden, über einen Teil seiner Länge zylindrischen Abschnitt aufweist. [0037] Regarding the structure of the electric heating device 10, according to the embodiment shown in Figure 1, it is preferred that the absorber chamber 16 has a length in the fluid flow direction between its ends and a side wall 17 connecting the ends transversely thereto, the IR-radiating surface 14 is provided at one end and either the supply or the output connection is provided at the same end, but opening into the side wall 17, and the other connection is provided at the opposite end and is preferably designed as a tapered connection. In Figure 1, for example, the upper region of the side wall 17 is conically drawn in, so that a tapered connection is formed. Furthermore, it is preferred that the resistance heating element arrangement 12 has concentrically arranged, annular heating elements 13, and the absorber chamber 17 preferably has a section adjoining these and which is cylindrical over part of its length.

[0038] Es ergibt sich somit ein Verfahren zur elektrischen Erwärmung eines ein IR absorbierendes Gas aufweisenden, Wärme transportierenden Fluids auf wenigstens 800 °C, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid durch einen Absorberraum 16 einer Anordnung zur Erwärmung des Fluids hindurch geführt wird, die mit einer über eine IR strahlende Oberfläche 14 in den Absorberraum 16 wirkenden IR - Strahlungseinrichtung versehen ist, und wobei die Abmessungen des Absorberraums 16, der IR strahlenden Oberfläche 14 der IR Strahlungseinrichtung und die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids derart gegeneinander abgestimmt werden, dass das Verhältnis χ der Erwärmung des IR absorbierenden Gases im Absorberraum 16 auf Grund der Absorption von Infrarotstrahlung 15,15* gegenüber seiner gesamten Erwärmung durch Absorption und Konvektion ≥ 0.5 ist, und wobei eine IR - Strahlungseinrichtung mit einer Widerstands-Heizelementanordung 12 verwendet wird, deren Oberfläche als IR - strahlenden Oberfläche 14 ausgebildet und die so erzeugte IR - Strahlung 15,15* in den Absorberraum 16 gerichtet wird. [0038] This results in a method for electrically heating a heat-transporting fluid comprising an IR-absorbing gas to at least 800 °C, characterized in that the fluid is passed through an absorber chamber 16 of an arrangement for heating the fluid, which is provided with an IR radiation device acting via an IR-radiating surface 14 into the absorber chamber 16, and wherein the dimensions of the absorber chamber 16, the IR-radiating surface 14 of the IR radiation device and the flow velocity of the fluid are coordinated with one another in such a way that the ratio χ of the heating of the IR-absorbing gas in the absorber chamber 16 due to the absorption of infrared radiation 15,15* compared to its total heating by absorption and convection is ≥ 0.5, and wherein an IR radiation device with a resistance heating element arrangement 12 is used, the surface of which is designed as an IR-radiating surface 14 and the IR radiation thus generated 15,15* is directed into the absorber chamber 16.

[0039] Eine erfindungsgemässe Elektrische Heizeinrichtung 10 zur Erwärmung eines ein IR absorbierendes Gas aufweisenden, Wärme transportierenden Fluids auf wenigstens 800 °C, besitzt somit einen Zufuhranschluss 4 für ihr zuzuführendes, kaltes und einen Ausgabeanschluss 5 für von ihr wegzuführendes, erwärmtes Fluid, und eine Anordnung zur Erwärmung von durch die Heizeinrichtung 10 hindurchgeführtem Fluid, wobei diese einen Absorberraum 16 und eine als Widerstands-Heizelementanordnung 12 ausgebildete IR-Strahlungseinrichtung aufweist, deren Oberfläche als IR-strahlende, dem Absorberraum zugewendete Oberfläche 14 ausgebildet ist, um im Betrieb die von der Widerstands-Heizelementanordnung 12 generierte Wärme als IR-Strahlung 15,15* in den Absorberraum 16 hinein abzugeben, wobei weiter die Abmessungen des Absorberraums 16 und diejenigen der IR - strahlenden Oberfläche 14 derart aufeinander abgestimmt sind, dass im Betrieb bei einer vorbestimmten Strömungsgeschwindigkeit des Fluids durch den Absorberraum 16 hindurch das Verhältnis χ der Erwärmung des IR absorbierenden Gases auf Grund der Absorption von Infrarotstrahlung 15,15* gegenüber seiner gesamten Erwärmung durch Absorption und Konvektion im Absorberraum ≥ 0.5 ist. [0039] An electric heating device 10 according to the invention for heating a heat-transporting fluid containing an IR-absorbing gas to at least 800 °C, thus has a supply connection 4 for the cold fluid to be supplied and an outlet connection 5 for the heated fluid to be led away from it, and an arrangement for heating fluid passed through the heating device 10, wherein the latter has an absorber chamber 16 and an IR radiation device designed as a resistance heating element arrangement 12, the surface of which is designed as an IR-radiating surface 14 facing the absorber chamber in order to emit the heat generated by the resistance heating element arrangement 12 as IR radiation 15, 15* into the absorber chamber 16 during operation, wherein furthermore the dimensions of the absorber chamber 16 and those of the IR-radiating surface 14 are matched to one another in such a way that during operation at a predetermined flow velocity of the fluid through the Throughout the absorber chamber 16, the ratio χ of the heating of the IR absorbing gas due to the absorption of infrared radiation 15.15* compared to its total heating by absorption and convection in the absorber chamber is ≥ 0.5.

[0040] In Figur 2 und weiteren Figuren ist die elektrische Heizeinrichtung 10 vertikal ausgerichtet, was nicht zwingend ist. Der Fachmann kann sie im konkreten Fall in beliebiger Lage, wie horizontal oder schräg, oder auch über Kopf anordnen, so dass der Ausgabeanschluss der in der Figur 2 gezeigten Heizeinrichtung 10 nach unten zeigt. [0040] In Figure 2 and other figures, the electric heating device 10 is oriented vertically, although this is not mandatory. A person skilled in the art can arrange it in any position, such as horizontally or diagonally, or even upside down, so that the output connection of the heating device 10 shown in Figure 2 points downward.

[0041] Figur 3a zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer elektrischen Heizeinrichtung 20 mit einer modifizierten Widerstands-Heizelementanordnung 22, die stabförmige Widerstands-Heizelemente 23 und zylindrische IR-strahlenden Oberflächen 24 aufweist. Der an die Widerstands-Heizelemente 23 angepasste Absorberraum 26 ist mit einer rechteckigen Seitenwand 27 versehen. Seitenkanäle 21,21' erstrecken sich, einander gegenüberliegend und die stabförmigen Widerstands-Heizelemente 23 über ihren Abstand zwischen sich einschliessend, entlang der einander gegenüberliegenden Wandabschnitte 27,27' der Seitenwand 27, die den Absorberraum 26 bildet. Die Seitenkanäle 21,21' sind mit einem zur Entlastung der Figur weggelassenen Zufuhranschluss für das Wärme transportierende Fluid verbunden, das entsprechend den Pfeilen 28 in den Absorberraum 26 eintritt und diesen durch den Ausgabeanschluss 25 wieder verlässt. Der Vollständigkeit halber ist in der Figur 3a noch ein Punkt 17' der Wand des Absorberraums 26 dargestellt, der durch die IR-Strahlung 15 der stabförmigen Heizelemente 23 erwärmt ist und seinerseits IR-Strahlung 15* erzeugt, die in den Absorberraum 26 gelangt. [0041] Figure 3a schematically shows a section through an embodiment of an electric heating device 20 with a modified resistance heating element arrangement 22, which has rod-shaped resistance heating elements 23 and cylindrical IR-radiating surfaces 24. The absorber chamber 26, which is adapted to the resistance heating elements 23, is provided with a rectangular side wall 27. Side channels 21, 21' extend, opposite one another and enclosing the rod-shaped resistance heating elements 23 over their distance between them, along the opposite wall sections 27, 27' of the side wall 27, which forms the absorber chamber 26. The side channels 21, 21' are connected to a supply connection, omitted to reduce the figure's load, for the heat-transporting fluid, which enters the absorber chamber 26 according to the arrows 28 and leaves it again through the outlet connection 25. For the sake of completeness, Figure 3a also shows a point 17' of the wall of the absorber chamber 26, which is heated by the IR radiation 15 of the rod-shaped heating elements 23 and in turn generates IR radiation 15* which enters the absorber chamber 26.

[0042] Diese Anordnung hat den Vorteil Bevorzugt weist die Widerstands-Heizelementanordnung 20 stabförmige, parallel angeordnete Widerstands-Heizelemente 23 auf, wobei der Absorberraum 26 bevorzugt einen an diese anschliessenden über einen Teil seiner Länge rechteckigen Abschnitt aufweist. [0042] This arrangement has the advantage that the resistance heating element arrangement 20 preferably has rod-shaped, parallel arranged resistance heating elements 23, wherein the absorber chamber 26 preferably has a rectangular section adjoining these over part of its length.

[0043] Figur 3b zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer elektrischen Heizeinrichtung 30 mit einer modifizierten Widerstands-Heizelementanordnung 32, die ebenfalls stabförmigen, parallel angeordneten Widerstands-Heizelementen 33 mit IR-strahlenden Oberflächen 34, aufweist, welche aber nicht an einem Ende des hier mit einer zylindrischen Seitenwand 37 versehenen Absorberraums 36, sondern in ihm, diesen über seine Abmessung durchsetzend, angeordnet sind. Ein Zufuhranschluss 4 befindet sich auf der einen Seite des Absorberraums 36, ein Ausgabeanschluss 5 auf dessen anderer Seite, so dass das Fluid die Widerstands-Heizelemente 33 in Richtung der Pfeile 38 durchströmt und dabei die IR Strahlung der IR-strahlenden Oberflächen 34 aufnimmt. Aus der Figur ist ersichtlich, dass eine Strömungskomponente des durchströmenden Fluids quer zur Länge der Widerstands-Heizelementen liegt. Symbolisch ist bei nur einem Widerstands-Heizelement 33' die Stromversorgung mit den elektrischen Leitungen 6,6' und der Stromquelle 7 angedeutet, wobei die Stromversorgung natürlich betriebsfähig alle Widerstands-Heizelemente 33 mit Strom versorgt. [0043] Figure 3b schematically shows a section through an embodiment of an electrical heating device 30 with a modified resistance heating element arrangement 32, which also has rod-shaped, parallel resistance heating elements 33 with IR-radiating surfaces 34, which, however, are not arranged at one end of the absorber chamber 36, which here has a cylindrical side wall 37, but rather within it, penetrating it across its entire length. A supply connection 4 is located on one side of the absorber chamber 36, and an output connection 5 is located on the other side, so that the fluid flows through the resistance heating elements 33 in the direction of the arrows 38, absorbing the IR radiation from the IR-radiating surfaces 34. The figure shows that a flow component of the flowing fluid lies transversely to the length of the resistance heating elements. Symbolically, with only one resistance heating element 33', the power supply with the electrical lines 6, 6' and the power source 7 is indicated, whereby the power supply naturally supplies all resistance heating elements 33 with power in an operational state.

[0044] Bevorzugt ist der Absorberraum 36 mit parallel angeordneten, stabförmig ausgebildeten Widerstands-Heizelementen 33 durchsetzt, deren Oberflächen die IR-strahlende Oberfläche 34 bilden, und wobei der Zufuhr 4 - und der Ausgabeanschluss 5 derart angeordnet sind, dass eine Strömungskomponente des durchströmenden Fluids quer zur Länge der Widerstands-Heizelementen 33 liegt. [0044] Preferably, the absorber chamber 36 is interspersed with parallel, rod-shaped resistance heating elements 33, the surfaces of which form the IR-radiating surface 34, and wherein the supply 4 and the output connection 5 are arranged such that a flow component of the fluid flowing through lies transversely to the length of the resistance heating elements 33.

[0045] Figur 3c zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer elektrischen Heizeinrichtung 40 mit einer Widerstands-Heizelementanordnung 42, die analog zu derjenigen von Figur 3b ausgebildet ist und den Absorberraum 46 über seine Abmessung durchsetzende stabförmige Widerstands- Heizelemente 43 aufweist. Der Absorberraum 46 besitzt hier parallele Wände, das gemäss den Pfeilen 48 durchströmende Fluid fliesst im Bereich der Widerstands-Heizelemente 43 nahezu laminar, was eine gleichförmige absorptive Erwärmung des Fluids unterstützt. [0045] Figure 3c schematically shows a section through an embodiment of an electrical heating device 40 with a resistance heating element arrangement 42, which is designed analogously to that of Figure 3b and has rod-shaped resistance heating elements 43 penetrating the absorber chamber 46 over its entire dimensions. The absorber chamber 46 has parallel walls here, and the fluid flowing through it according to the arrows 48 flows almost laminarly in the region of the resistance heating elements 43, which supports uniform absorptive heating of the fluid.

[0046] Figur 3d zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer elektrischen Heizeinrichtung 50 mit einer modifizierten Widerstands-Heizelementanordnung 52, wobei bevorzugt der der Absorberraum 56 in der Fluidströmungsrichtung 58 zwischen seinen durch den Zufuhranschluss 4 und den Ausgabeanschluss 5 gebildeten Enden eine Länge und quer dazu eine die Enden verbindende Seitenwand 57 aufweist, die sich gegen die Enden in Abschnitten 59,59' verengt, bevorzugt trichterförmig, und wobei die Widerstands-Heizelemente 53 in dem einen trichterförmige verengenden Bereich 59 oder 59' angeordnet sind. Diese Anordnung hat den Vorteil eines sehr einfachen Aufbaus. [0046] Figure 3d schematically shows a section through an embodiment of an electric heating device 50 with a modified resistance heating element arrangement 52, wherein the absorber chamber 56 preferably has a length in the fluid flow direction 58 between its ends formed by the supply connection 4 and the output connection 5 and, transversely thereto, a side wall 57 connecting the ends, which narrows towards the ends in sections 59, 59', preferably in a funnel shape, and wherein the resistance heating elements 53 are arranged in the one funnel-shaped narrowing region 59 or 59'. This arrangement has the advantage of a very simple construction.

[0047] Figur 3e zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer elektrischen Heizeinrichtung 60 bei welcher der Absorberrraum 66 in mehrere, hier drei, in Strömungsrichtung hintereinanderliegende Kammern 66',66" und 66"' unterteilt ist, wobei der Zufuhranschluss 4 bei jeder Kammer 66',66" und 66"' eine dieser aus lokale Zufuhranschlüsse ausgebildete, zugeordnete Ringleitung 61',61",61"' aufweist, über die das Fluid auf Öffnungen 11' verteilt und durch diese in das Innere der jeweiligen Kammer 66',66" und 66''' gelangt. Jede Kammer 66',66" und 66"' verfügt über eine Widerstands-Heizelementanordnung 62',62",62"' mit Widerstands-Heizelementen 63. Jede der Kammern 66',66" und 66"' erwärmt das gemäss den Pfeilen 68',68" und 68"' strömende Fluid in der gleichen Weise, wie es zu der Heizeinrichtung 20 (Figur 2) beschrieben ist, wobei aber die Kammern 66" und 66"' zusätzlich über die Zwischenausgabeanschlüsse 65' und 65" bereits wenigstens teilweise erwärmtes Fluid erhalten. [0047] Figure 3e shows a schematic section through an embodiment of an electric heating device 60 in which the absorber chamber 66 is divided into several, here three, chambers 66', 66" and 66"' arranged one behind the other in the direction of flow, wherein the supply connection 4 for each chamber 66', 66" and 66"' has an associated ring line 61', 61", 61"' formed from these local supply connections, via which the fluid is distributed to openings 11' and through these reaches the interior of the respective chamber 66', 66" and 66'''. Each chamber 66', 66" and 66"' has a resistance heating element arrangement 62', 62", 62"' with resistance heating elements 63. Each of the chambers 66', 66" and 66"' heats the fluid according to the arrows 68', 68" and 68"' flowing fluid in the same manner as described for the heating device 20 (Figure 2), but the chambers 66" and 66"' additionally receive already at least partially heated fluid via the intermediate output connections 65' and 65".

[0048] Vorteilhaft an dieser Anordnung ist die durch die grosse Anzahl der Widerstandsheizelemente 63 gegebene grosse IR-strahlende Oberfläche im Verhältnis zum Gesamtvolumen des Absorberraums 66, der dennoch für maximale Absorption bei minimaler Konvektion ausgelegt ist. Dadurch können auch für hohe Temperaturen Todes Fluids am Ausgabeabschnitt 5 Widerstandsheizelemente 63 mit Materialien verwendet werden, deren maximale Betriebstemperatur vergleichsweise wenig über der Ausgabe-Temperatur Toliegt, mit dem entsprechend vergleichsweise geringen Fluss an IR Strahlung in die jeweiligen Kammern 66',66" und 66"' (die Strahlungsintensität des schwarzen Körpers nimmt mit der vierten Potenz der Temperatur in K zu). Eine geringe Differenz der Betriebstemperatur der Widerstands-Heizelemente 63 zur Ausgabetemperatur Tohat beispielsweise bei tiefer Temperatur Toden Vorteil, dass einfache bzw. billige Materialien eingesetzt werden können. Weiter besitzt diese Anordnung den Vorteil einer geringen Querabmessung und ist dennoch geeignet, mit einer Schutzgasanordnung betrieben zu werden, s. dazu die Beschreibung unten. Es ergibt sich eine Elektrische Heizeinrichtung bei welcher am Absorberraum 66 mehrere lokale Zufuhranschlüsse 61',61",61"' angeordnet sind und die Widerstands-Heizelementanordnung mehrere IR-Strahlungseinrichtungen aufweist, die je in Strömungsrichtung 68 des Fluids hintereinander angeordnet sind, derart, dass jede IR-Strahlungseinrichtung einem lokalen Zufuhranschluss zugeordnet ist und aus diesem zu ihr einströmendes Fluid erwärmt. [0048] The advantage of this arrangement is the large IR-radiating surface area provided by the large number of resistance heating elements 63 in relation to the total volume of the absorber chamber 66, which is nevertheless designed for maximum absorption with minimal convection. This allows resistance heating elements 63 made of materials whose maximum operating temperature is comparatively slightly above the output temperature To to be used even for high temperatures of the fluid at the output section 5, with a correspondingly comparatively low flow of IR radiation into the respective chambers 66', 66", and 66"' (the radiation intensity of the black body increases with the fourth power of the temperature in K). A small difference between the operating temperature of the resistance heating elements 63 and the output temperature To has the advantage, for example at low temperatures, that simple or inexpensive materials can be used. Furthermore, this arrangement has the advantage of small transverse dimensions and is nevertheless suitable for operation with a protective gas arrangement; see the description below. This results in an electric heating device in which a plurality of local supply connections 61', 61", 61"' are arranged on the absorber chamber 66 and the resistance heating element arrangement has a plurality of IR radiation devices, each arranged one behind the other in the flow direction 68 of the fluid, such that each IR radiation device is assigned to a local supply connection and heats fluid flowing into it from this.

[0049] Figur 4 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer elektrischen Heizeinrichtung 70, die mit zwei Unterschieden derjenigen von Figur 2 entspricht. [0049] Figure 4 shows schematically a section through an embodiment of an electric heating device 70 which corresponds to that of Figure 2 with two differences.

[0050] Der erste Unterschied besteht darin, dass die Strömungsrichtung des Fluids umgekehrt ist, wie dies als mögliche Alternative bereits oben in der Beschreibung zu Figur 2 erwähnt ist. Damit strömt das Fluid gemäss den Pfeilen 71 über die Ringleitung 11 in den Absorberraum 16 ein und verlässt ihn über den Ausgabeanschluss 5, der sich jetzt am der Widerstands-Heizelementanordnung 12 gegenüberliegenden Ende des Absorberraums 16 befindet. [0050] The first difference is that the flow direction of the fluid is reversed, as already mentioned above as a possible alternative in the description of Figure 2. Thus, the fluid flows into the absorber chamber 16 via the ring line 11 according to the arrows 71 and leaves it via the outlet connection 5, which is now located at the end of the absorber chamber 16 opposite the resistance heating element arrangement 12.

[0051] Der zweite Unterschied besteht darin, dass bevorzugt eine Schutzgasanordnung 72 für die Widerstands-Heizelementanordnung 12 mit einer Schutzgas-Zufuhrleitungsanordnung 73 vorhanden ist, die im Bereich der IR-strahlenden Oberfläche 14 mündet, derart, dass im Betrieb aus ihr austretendes Schutzgas einen Schutzgasbereich 74 bildend die IR-strahlende Oberfläche 14 umspült und diese so gegen im Absorberraum 16 zu erwärmendes Fluid betriebsfähig abdichtet. Die Schutzgasanordnung 72 erlaubt, ein Fluid mit wenigstens einem Gasanteil vorzusehen, der bei Kontakt die jeweiligen Widerstands-Heizelemente 13 bei ihrer Betriebstemperatur korrodiert. Im Detail münden die einzelnen Leitungsabschnitte 73' der Schutzgas-Zufuhrleitungsanordnung 73 bei den Heizelementen 13, und strömen damit ihrer IR-strahlenden Oberfläche entlang gegen den Absorberraum 16, wobei das Schutzgas oberhalb der IR-strahlenden Oberfläche 14 und unterhalb der Mündungen 11' ein Kissen und damit den Schutzgasbereich 74 bildet und durch die Mündungen 11' eintretendes Fluid hindert, zu der IR-strahlenden Oberfläche 14 zu gelangen. [0051] The second difference is that a protective gas arrangement 72 is preferably provided for the resistance heating element arrangement 12 with a protective gas supply line arrangement 73, which opens in the region of the IR-radiating surface 14, such that, during operation, the protective gas escaping from it flows around the IR-radiating surface 14, forming a protective gas region 74, and thus operatively seals it against the fluid to be heated in the absorber chamber 16. The protective gas arrangement 72 allows the provision of a fluid with at least one gas component which, upon contact, corrodes the respective resistance heating elements 13 at their operating temperature. In detail, the individual line sections 73' of the protective gas supply line arrangement 73 open at the heating elements 13 and thus flow along their IR-radiating surface towards the absorber chamber 16, whereby the protective gas above the IR-radiating surface 14 and below the openings 11' forms a cushion and thus the protective gas region 74 and prevents fluid entering through the openings 11' from reaching the IR-radiating surface 14.

[0052] Trotzdem bei der gezeigten Ausführungsform beide, das Schutzgas und das Fluid gegen den Ausgabeanschluss 5 strömen, ist letztlich eine, wenn auch geringe, Durchmischung von Schutzgas mit dem Fluid im Schutzgasbereich 74 nicht auszuschliessen und durch die jeweilige konkrete Auslegung der Heizeinrichtung 70 bzw. der Schutzgasanordnung 72 bedingt. Der Fachmann kann daher, wenn nötig, ein Wartungsintervall für die Wartung oder den Ersatz der Widerstands-Heizelemente 13 vorsehen, so dass damit während dem Wartungsintervall die IR-strahlende Oberfläche 14 durch den Schutzgasbereich 74 betriebsfähig abgedichtet ist. „Betriebsfähig“ schliesst damit eine leichte, über die Zeit stattfindende Korrosion mit ein, die während dem Wartungsintervall die Soll-Funktion der IR-strahlenden Oberfläche 14 nicht beeinträchtigt. [0052] Although in the embodiment shown, both the shielding gas and the fluid flow toward the output port 5, mixing, albeit slight, of the shielding gas with the fluid in the shielding gas region 74 cannot be ruled out and is determined by the specific design of the heating device 70 or the shielding gas arrangement 72. Therefore, if necessary, a person skilled in the art can provide a maintenance interval for the maintenance or replacement of the resistance heating elements 13, so that during the maintenance interval, the IR-radiating surface 14 is operatively sealed by the shielding gas region 74. "Operable" thus includes slight corrosion occurring over time, which does not impair the intended function of the IR-radiating surface 14 during the maintenance interval.

[0053] Es ergibt sich damit ein Verfahren, wonach bevorzugt der IR - Strahlungseinrichtung im Bereich der IR - strahlenden Oberfläche 14 ein Schutzgas zugeführt wird, derart, dass es diese im Bereich eines möglichen Kontakts mit dem Fluid umspült und so einen Schutzgasbereich 74 bildet, der die IR-strahlende Oberfläche betriebsfähig von einem Kontakt mit dem Wärme transportierenden Fluid schützt. [0053] This results in a method according to which a protective gas is preferably supplied to the IR radiation device in the region of the IR-radiating surface 14 in such a way that it flows around it in the region of possible contact with the fluid and thus forms a protective gas region 74 which operatively protects the IR-radiating surface from contact with the heat-transporting fluid.

[0054] Das Schutzgas kann IR transparent oder IR-absorbierend sein. Beispielsweise kann als Material für die Widerstands-Heizelemente (und damit für die IR-strahlende Oberfläche) ein Materila mit ohmeschem Widerstand, bevorzugt Graphit, Molybdän oder Wolfram verwendet werden, als Fluid oxidierender und damit korrosiver Wasserdampf H2O oder Kohlendioxyd (CO2), oder ein Gemisch davon, und ein inertes Gas als Schutzgas, vorzugsweise Argon (Ar) oder Wasserstoff (H2), also IR transparente, inerte Gase. Möglich ist auch beispielsweise die Verwendung von Siliziumkarbid (SiC) als Material für die Widerstands-Heizelemente (und damit für die IR-strahlende Oberfläche 14) mit Siliziumkarbid korrodierendem H2O oder CO2, wobei Kohlendioxyd (CO2) als Schutzgas eingesetzt wird, das IR absorbierend ist. [0054] The protective gas can be IR-transparent or IR-absorbing. For example, a material with ohmic resistance, preferably graphite, molybdenum, or tungsten, can be used as the material for the resistance heating elements (and thus for the IR-radiating surface), oxidizing and thus corrosive water vapor H2O or carbon dioxide (CO2), or a mixture thereof, can be used as the fluid, and an inert gas can be used as the protective gas, preferably argon (Ar) or hydrogen (H2), i.e., IR-transparent, inert gases. It is also possible, for example, to use silicon carbide (SiC) as the material for the resistance heating elements (and thus for the IR-radiating surface 14) with silicon carbide-corrosive H2O or CO2, with carbon dioxide (CO2) being used as the protective gas, which is IR-absorbing.

[0055] Figur 5 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer elektrischen Heizeinrichtung 80, die gleich ausgebildet ist wie diejenige von Figur 4, aber eine modifizierte Schutzgasanordnung 82 aufweist, die zwar betreffend der Schutzgaszufuhr derjenigen von Figur 4 entspricht, aber zusätzlich mit einer Schutzgasrücklaufanordnung 84 versehen ist. Diese weist im Schutzgasbereich 74 und unterhalb der Fluidöffnungen 11' angeordnete Schutzgasrücklauf-Öffnungen 81' auf, sowie eine mit diesen verbundene Schutzgasrücklauf-Ringleitung 81. [0055] Figure 5 shows a schematic section through an embodiment of an electric heating device 80, which is identical to that of Figure 4, but has a modified protective gas arrangement 82, which, although corresponding to that of Figure 4 with regard to the protective gas supply, is additionally provided with a protective gas return arrangement 84. This arrangement has protective gas return openings 81' arranged in the protective gas region 74 and below the fluid openings 11', as well as a protective gas return ring line 81 connected to these.

[0056] Dem Schutzgasbereich 74 über die Schutzgaszufuhrleitungsanordnung 73 zugeführtes Schutzgas kann nun durch die Öffnungen 81' abgezogen, über die Ringleitung 81 abgeführt und beispielsweise in einen zur Entlastung der Figur nicht dargestellte Schutzgasrückführungsleitung geführt werden, die ihrerseits wiederum in die Schutzgaszufuhrleitungsanordnung 73 mündet, so dass sich ein Schutzgaskreislauf ergibt. Es ergibt somit sich ein Verfahren, bei dem bevorzugt wenigstens ein Teil des Schutzgases noch im Schutzgasbereich 74 aus diesem wieder abgeführt wird. Weiter ergibt sich eine elektrische Heizeinrichtung 80, deren Schutzgasanordnung 82 eine aus dem Schutzgasbereich wegführende Schutzgas-Rücklaufanordnung 84 aufweist. [0056] Shielding gas supplied to the shielding gas area 74 via the shielding gas supply line arrangement 73 can now be withdrawn through the openings 81', discharged via the ring line 81, and, for example, guided into a shielding gas return line (not shown to reduce the load in the figure), which in turn opens into the shielding gas supply line arrangement 73, thus resulting in a shielding gas circuit. This results in a process in which preferably at least a portion of the shielding gas is discharged from the shielding gas area 74. Furthermore, an electrical heating device 80 is provided, the shielding gas arrangement 82 of which has a shielding gas return arrangement 84 leading away from the shielding gas area.

[0057] Figur 6 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer nach dem Prinzip der Heizeinrichtung 20 (Figur 2) aufgebauten elektrischen Heizeinrichtung 90, mit einem modifizierten Fluid-Zufuhranschluss 91, einer modifizierten Widerstands-Heizelementanordnung 92 und einer modifizierten Schutzgasanordnung 93. Abgesehen davon ist die Heizeinrichtung 90, wie erwähnt, grundsätzlich beispielsweise nach Figur 2 oder einer der anderen, entsprechenden Ausführungsformen aufgebaut. [0057] Figure 6 shows a schematic section through an embodiment of an electric heating device 90 constructed according to the principle of the heating device 20 (Figure 2), with a modified fluid supply connection 91, a modified resistance heating element arrangement 92 and a modified protective gas arrangement 93. Apart from that, the heating device 90 is, as mentioned, basically constructed, for example, according to Figure 2 or one of the other corresponding embodiments.

[0058] Der Fluid-Zufuhranschluss 91 besitzt eine Anzahl in den Absorberraum 16 hineinragender Endrohre 94 mit Mündungen 94', die von einem Verteiler 95 für Fluid abzweigen, so dass das Fluid vorteilhaft über den ganzen Querschnitt des Absorberraums 16 verteilt in diesen abgegeben werden kann. Fluid strömt entsprechend dem Pfeil 95' in den Verteiler 95 ein. [0058] The fluid supply connection 91 has a number of end pipes 94 projecting into the absorber chamber 16, with openings 94', which branch off from a fluid distributor 95, so that the fluid can be advantageously distributed over the entire cross-section of the absorber chamber 16. Fluid flows into the distributor 95 according to the arrow 95'.

[0059] Die Widerstands-Heizelementanordnung 92 ist als mit einem Muster von Öffnungen 96 für Schutzgas versehene Platte 97 ausgebildet, die das eine Ende des Absorberraums 16 bildet und deren IR-strahlende Oberfläche 98 in den Absorberraum 16 gerichtet ist. Zur Entlastung der Figur ist der Stromanschluss für die Widerstands-Heizelementanordnung 92 weggelassen. Die entsprechend plattenförmige IR-strahlende Oberfläche 98 wirkt vorteilhaft gleichförmig in den Absorberraum 16 ein. [0059] The resistance heating element arrangement 92 is designed as a plate 97 provided with a pattern of openings 96 for protective gas, which forms one end of the absorber chamber 16 and whose IR-radiating surface 98 is directed into the absorber chamber 16. To reduce the burden on the figure, the power connection for the resistance heating element arrangement 92 has been omitted. The correspondingly plate-shaped IR-radiating surface 98 advantageously acts uniformly into the absorber chamber 16.

[0060] Die Schutzgas-Zufuhranordnung 93 weist eine Schutzgas-Zuleitung 99 auf, in die gemäss dem Pfeil 100 Schutzgas aus einer Schutzgasquelle einströmt, in einen Verteilerraum 101 gelangt und von dort durch die Öffnungen 92 die IR-strahlende Oberfläche 98 umspülen, so dass sich der gestrichelt eingezeichnete Schutzgasbereich 102 ausbildet, der von der IR-strahlenden Oberfläche 98 bis knapp unter die Mündungen 94' der das Fluid abgebenden Endrohre 98 reicht. [0060] The protective gas supply arrangement 93 has a protective gas supply line 99, into which protective gas flows from a protective gas source according to the arrow 100, reaches a distribution chamber 101 and from there flows around the IR-radiating surface 98 through the openings 92, so that the protective gas region 102 shown in dashed lines is formed, which extends from the IR-radiating surface 98 to just below the mouths 94' of the end pipes 98 that discharge the fluid.

[0061] Die in Figur 6 dargestellte Ausführungsform kann der Fachmann einfach mit einer (in der Figur nicht dargestellten) Schutzgas-Rücklaufanordnung 84 (Figur 5) versehen werden, indem Schutzgass-Rücklauföffnungen 81' (Figur 5) im Absorberraum 16 im Schutzgasbereich 102, am oberen Ende, angeordnet und mit einer Schutzgasrücklauf-Ringleitung 81 (Figur 5) verbunden werden. Ein Schutzgaskreislauf kann dann gebildet werden, indem die Schutzgas-Rücklaufanordnung mit der Schutzgas-Zuleitung 99 verbunden wird. [0061] The embodiment shown in Figure 6 can be easily provided by a person skilled in the art with a protective gas return arrangement 84 (Figure 5) (not shown in the figure) by arranging protective gas return openings 81' (Figure 5) in the absorber chamber 16 in the protective gas region 102, at the upper end, and connecting them to a protective gas return ring line 81 (Figure 5). A protective gas circuit can then be formed by connecting the protective gas return arrangement to the protective gas supply line 99.

[0062] Eine weitere, in den Figuren nicht dargestellte Ausführungsform einer Schutzgas-Rücklaufanordnung besteht darin, dass die Endrohre 94 des Fluidzufuhranschlusses 91 (Figur 6) doppelwandig ausgebildet werden, derart, dass ein Innenrohr mit einem ringförmigen Aussenrohr vorliegt. Die Innenrohre stehen dann mit dem Verteiler 95 in Verbindung, die Aussenrohre mit dem Verteilerraum 101. Entsprechend wird dann dem Absorberraum durch die Innenrohre Fluid zugeführt, während die Aussenrohre nahe der Mündung Schutzgas angesaugt und über diese aus der elektrischen Heizeinrichtung abgeführt werden. [0062] Another embodiment of a protective gas return arrangement, not shown in the figures, consists in the end pipes 94 of the fluid supply connection 91 (Figure 6) being double-walled, such that an inner pipe is formed with an annular outer pipe. The inner pipes are then connected to the distributor 95, and the outer pipes to the distributor chamber 101. Accordingly, fluid is then supplied to the absorber chamber through the inner pipes, while the outer pipes draw in protective gas near the opening and discharge it from the electric heating device via these pipes.

[0063] Wie oben in der Beschreibung zu Figur 2 erwähnt, muss sich die elektrische Heizeinrichtung nicht in vertikaler Lage befinden, so dass sich die Widerstands-Heizelementanordnung in aufrechter Lage befindet und von unten nach oben strahlt, wie es beispielsweise bei der Heizeinrichtung 70 (Figur 4) der Fall ist. Eine umgekehrte Lage ist auch möglich, s. beispielsweise die Heizeinrichtung 50 (Figur 3d) mit nach unten strahlenden Widerstands-Heizelementen 53, die gegenüber der Heizeinrichtung 70 kopfüber ausgerichtet ist. Natürlich kann im Hinblick auf das einfache Konstruktionsprinzip auch die elektrische Heizeinrichtung 50 mit einer Schutzgasanordnung versehen werden, analog zur Schutzgasanordnung 72 (Figur 4), indem eine Schutzgas-Zufuhrleitungsanordnung Schutzgas zu den einzelnen Widerstands-Heizelementen 53 führt (der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass der Fachmann ohne Weiteres auch eine Schutzgas-Rücklaufanordnung - z.B. analog zur Schutzgas-Rücklaufanordnung 84 von Figur 5 vorsehen kann). [0063] As mentioned above in the description of Figure 2, the electric heating device does not have to be in a vertical position, so that the resistance heating element arrangement is in an upright position and radiates from bottom to top, as is the case, for example, with the heating device 70 (Figure 4). An inverted position is also possible, see, for example, the heating device 50 (Figure 3d) with downward-radiating resistance heating elements 53, which is oriented upside down relative to the heating device 70. Of course, in view of the simple design principle, the electric heating device 50 can also be provided with a protective gas arrangement, analogous to the protective gas arrangement 72 (Figure 4), in that a protective gas supply line arrangement supplies protective gas to the individual resistance heating elements 53 (for the sake of completeness, it should be noted that the person skilled in the art can also easily provide a protective gas return arrangement - e.g., analogous to the protective gas return arrangement 84 of Figure 5).

[0064] Wird beispielsweise Wasserdampf als Fluid verwendet, ist es im Hinblick auf das Schutzgas vorteilhaft, in einer Anordnung nach oben strahlenden Heizeinrichtung (s. z.B. die Figuren 3a,4,5,6) als Schutzgas Argon (Ar) vorzusehen. Andererseits ist es dann für eine Überkopfanordnung wie derjenigen nach Figur 3d sinnvoll, als Schutzgas Wasserstoff (H2) zu verwenden. Der Grund liegt im Molekulargewicht des Schutzgases in Bezug auf demjenigen des Fluids: in einem Temperaturbereich von 500 °C bis 2500 °C ist für ein gleiches Temperaturintervall das Molekulargewicht von Wasser ist höher als das von Wasserstoff und tiefer als das von Argon (oder CO2bzw. Luft). [0064] If, for example, steam is used as the fluid, it is advantageous, with regard to the protective gas, to provide argon (Ar) as the protective gas in an arrangement with upwardly radiating heating devices (see, for example, Figures 3a, 4, 5, 6). On the other hand, for an overhead arrangement such as that shown in Figure 3d, it is then expedient to use hydrogen (H2) as the protective gas. The reason lies in the molecular weight of the protective gas in relation to that of the fluid: in a temperature range of 500 °C to 2500 °C, for the same temperature interval, the molecular weight of water is higher than that of hydrogen and lower than that of argon (or CO2 or air).

[0065] Die Temperatur des Schutzgases und diejenige des Fluids nahe dem Schutzgasbereich (s. z.B. den Schutzgasbereich 74 von Figur 4 oder den Schutzgasbereich 102 von Figur 6) liegen nämlich im Betrieb recht nahe bei einander, in einem gleichen Temperaturintervall im Sinn des vorangehenden Abschnitts: das Verhältnis der Molekulargewichte ändert nicht, wenn die elektrische Heizeinrichtung mit verschiedenen Soll-Temperaturen Togefahren wird. [0065] The temperature of the protective gas and that of the fluid near the protective gas area (see, for example, the protective gas area 74 of Figure 4 or the protective gas area 102 of Figure 6) are in fact quite close to each other during operation, in a same temperature interval in the sense of the previous section: the ratio of the molecular weights does not change when the electric heating device is operated at different target temperatures.

[0066] Vorteilhaft ist nun bei diesen Kombinationen von Schutzgas und Fluid, dass bei aufrechter Lage der Heizeinrichtung das Fluid leichter und das Schutzgas schwerer ist, mit der Folge, dass sich diese weniger gut mischen, das Schutzgas also seine Funktion besser erfüllen kann - umgekehrt bei einer Lage über Kopf, in der das leichtere Schutzgas vermehrt im oberen Bereich des Absorberraums verharrt, und so die oben angeordneten Widerstands-Heizelemente besser schützt. [0066] The advantage of these combinations of protective gas and fluid is that when the heating device is in an upright position, the fluid is lighter and the protective gas is heavier, with the result that they mix less well and the protective gas can therefore fulfil its function better - conversely, when the heating device is in an upside-down position, the lighter protective gas remains more in the upper area of the absorber chamber and thus better protects the resistance heating elements arranged above.

[0067] Es ergibt sich ein Verfahren, in dem bevorzugt das Schutzgas und das Fluid eine unterschiedliche Dichte aufweisen, wobei in vertikaler Richtung der Schutzgasbereich im Absorberraum unten angeordnet wird, wenn die Dichte des Schutzgases grösser ist, und oben, wenn die Dichte des Schutzgases kleiner ist. Für eine elektrische Heizeinrichtung folgt, dass die Schutzgas-Zufuhrleitungen in vertikaler Richtung einen Abstand vom Ausgabeanschluss aufweisen und dass die Schutzgas-Zufuhrleitungen unterhalb des Zufuhranschlusses für das Wärme transportierende Fluid angeordnet sind, wenn dessen Molekulargewicht kleiner ist als dasjenige des Schutzgases, und oberhalb, wenn dessen Moleklulargewicht grösser ist als dasjenige des Schutzgases. [0067] This results in a method in which the protective gas and the fluid preferably have different densities, wherein the protective gas region in the absorber chamber is arranged vertically at the bottom when the density of the protective gas is greater, and at the top when the density of the protective gas is lower. For an electrical heating device, it follows that the protective gas supply lines are spaced vertically from the output connection, and that the protective gas supply lines are arranged below the supply connection for the heat-transporting fluid when its molecular weight is smaller than that of the protective gas, and above it when its molecular weight is greater than that of the protective gas.

[0068] Figur 7 zeigt ein Diagramm 110 mit einem Kreislauf 111 für Wärme transportierendes Fluid, der in der gezeigten Ausführungsform mit einem durch den umlaufenden Pfeil 112' symbolisierten Kreislauf für Schutzgas 112 gekoppelt ist, dessen Strömungsrichtung durch die Richtung des Pfeils 112' angezeigt ist. Eine Fluidtransportleitung 1 (s. auch Figur 1) verbindet in der durch den Pfeil 1' symbolisierten Strömungsrichtung eine beispielsweise gemäss der Heizeinrichtung 70 von Figur 4 oder gemäss der Heizeinrichtung 90 von Figur 6 ausgebildete elektrische Heizeinrichtung 113 mit einem Verbraucher 3 (s. auch Figur 1), wobei hinter dem Verbraucher eine Verzweigung 114 vorgesehen ist, in der ein Leitungsast 115 der Fluidleitung 1 zu einer Trennstation 116 und hinter dieser stromabwärts in einer Vereinigung 117 in die Kreislaufleitung 1 wieder hineinführt. [0068] Figure 7 shows a diagram 110 with a circuit 111 for heat-transporting fluid, which in the embodiment shown is coupled to a circuit for protective gas 112, symbolized by the circulating arrow 112', the flow direction of which is indicated by the direction of the arrow 112'. A fluid transport line 1 (see also Figure 1) connects, in the flow direction symbolized by the arrow 1', an electrical heating device 113, designed, for example, according to the heating device 70 of Figure 4 or according to the heating device 90 of Figure 6, to a consumer 3 (see also Figure 1), wherein a branch 114 is provided behind the consumer, in which a line branch 115 of the fluid line 1 leads to a separation station 116 and behind this downstream into a union 117 back into the circuit line 1.

[0069] Aus der Trennstation 116 führt weiter eine Schutzgasleitung 118 für in der Trennstation abgetrenntes Schutzgas im Kreislauf 112 zurück in die Heizeinrichtung 113 und versorgt diese so mit Schutzgas. [0069] From the separation station 116, a protective gas line 118 for protective gas separated in the separation station leads in the circuit 112 back into the heating device 113 and thus supplies it with protective gas.

[0070] Es ergibt sich ein Verfahren, in welchem bevorzugt das durch den Absorberraum strömende Fluid mit aus dem Schutzgasbereich stammendem Schutzgas angereichert wird, das angereicherte Fluid durch den Absorberraum hindurch und aus diesem weggeführt, und stromabwärts aus dem Schutzgasbereich stammende Schutzgas vom Fluid wieder abgetrennt wird, wobei das Fluid in einem Fluidkreislauf zurück zum Absorberraum und bevorzugt das Schutzgas in einem Schutzgaskreislauf zurück zur IR-strahlenden Oberfläche geführt wird. PA 29 Weiter ergibt sich eine Heizeinrichtung, wobei der Fluid-Abgabeanschluss mit dessen Zufuhranschluss über eine Fluid-Transportleitung in einen Kreislauf geschlossen sind, der einen Verbraucher für die Wärme des erwärmten Fluid aufweist, wobei weiter eine Zweigleitung vorgesehen ist, die bevorzugt nach dem Verbraucher an einer Abzweigung aus der Kreislaufleitung abzweigt, zu einer für die Abtrennung des Schutzgases aus dem Fluid ausgebildeten Trennstation und nach dieser stromabwärts nach der Abzweigung und vor dem Zufuhranschluss wieder in die Kreislaufleitung hineinführt. [0070] This results in a method in which preferably the fluid flowing through the absorber chamber is enriched with protective gas originating from the protective gas region, the enriched fluid is conducted through the absorber chamber and out of it, and downstream the protective gas originating from the protective gas region is separated from the fluid, wherein the fluid is conducted in a fluid circuit back to the absorber chamber and preferably the protective gas is conducted in a protective gas circuit back to the IR-radiating surface. PA 29 Furthermore, a heating device is provided, wherein the fluid discharge connection and its supply connection are closed via a fluid transport line in a circuit which has a consumer for the heat of the heated fluid, wherein a branch line is further provided, which preferably branches off from the circuit line at a branch after the consumer, to a separation station designed for the separation of the protective gas from the fluid and after this leads downstream after the branch and before the supply connection back into the circuit line.

[0071] Im Diagramm 110 sind die molaren Massenströme am Ort der Masspfeile eingetragen: I bezeichnet den Zufluss von I Mol an Schutzgas in die Heizeinrichtung 113, beispielsweise durch die Schutzgaszufuhrleitungsanordnung 73 (Figur 4) oder durch die Schutzgaszufuhrleitungsanordnung 93 (Figur 6). Das Fluid wird damit beim Durchgang durch die Heizeinrichtung 113 mit I Mol Schutzgas angereichert. [0071] In diagram 110, the molar mass flows are plotted at the location of the arrows: I denotes the inflow of I mole of protective gas into the heating device 113, for example, through the protective gas supply line arrangement 73 (Figure 4) or through the protective gas supply line arrangement 93 (Figure 6). The fluid is thus enriched with I mole of protective gas as it passes through the heating device 113.

[0072] M bezeichnet den Durchfluss von M Mol Schutzgas und Fluid durch den Absorberraum 16 der Heizeinrichtung 113 bzw. den Verbraucher 3, wobei in den M Mol die Anreicherung des Fluids mit I Mol Schutzgas enthalten ist. Der totale Anteil an Schutzgas beträgt N Mol, da das Fluid vor dem Eintritt in die Heizeinrichtung 113 bereits einen Anteil von L Mol Schutzgas aufweist. Dieser Anteil von L ist gewollt und wesentlich für die Effizienz des Fluidkreislaufs 111, s. die nachfolgende Beschreibung. [0072] M denotes the flow of M moles of protective gas and fluid through the absorber chamber 16 of the heating device 113 or the consumer 3, wherein the M moles include the enrichment of the fluid with I mole of protective gas. The total proportion of protective gas is N moles, since the fluid already contains a proportion of L moles of protective gas before entering the heating device 113. This proportion of L is intentional and essential for the efficiency of the fluid circuit 111; see the following description.

[0073] C bezeichnet den Durchfluss von C Mol durch den Ast 115 der Fluidleitung 1 zur Trennstation 116, die ihrerseits bei der Abtrennung des Schutzgases aus dem Fluid dieses über die Schutzgasleitung 118 in den Schutzgaskreislauf 112 abgibt und nur Fluid über den Leitungsast 115 in die Vereinigung 117 und damit zurück in die Fluidleitung 1. [0073] C denotes the flow of C mol through the branch 115 of the fluid line 1 to the separation station 116, which in turn releases the protective gas from the fluid via the protective gas line 118 into the protective gas circuit 112 and only fluid via the line branch 115 into the union 117 and thus back into the fluid line 1.

[0074] Soll verhindert werden, dass sich der Schutzgasanteil im Fluid während dem Betrieb der Heizeinrichtung 113 fortlaufend erhöht, muss die laufende Anreicherung an Schutzgas von I Mol dem laufend abgetrennten Anteil an Schutzgas entsprechen, d.h. der Durchfluss an abgetrenntem Schutzgas durch die Leitung 118 muss I Mol betragen. [0074] If the protective gas content in the fluid is to be prevented from continuously increasing during operation of the heating device 113, the ongoing enrichment of protective gas of 1 mol must correspond to the continuously separated portion of protective gas, i.e. the flow of separated protective gas through the line 118 must be 1 mol.

[0075] Würde das in die Heizeinrichtung 113 einströmende Fluid keinen Anteil an Schutzgas aufweisen, müsste der ganze Fluidstrom durch die Trennstation 116 geleitet werden, um das zugeführte Schutzgas wieder abtrennen zu können. Da nun das in die Heizeinrichtung 113 einströmende Fluid bereits einen Anteil von K Mol Schutzgas aufweist, ist die Schutzgaskonzentration nach der Heizeinrichtung 113 . Es gibt damit einen Teilstrom von C Mol an Schutzgas, der schon I Mol Schutzgas enthält, so dass für die Abtrennung des Schutzgases in der Trennstation 116 nur der Energieaufwand für den Teilstrom von C Mol und nicht für den ganzen Fluidstrom von M Mol anfällt. Eine einfache Rechnung zeigt, dass dann Besonders illustrativ ist die Energieersparnis am Beispiel von Wasserdampf als Fluid und Argon als Schutzgas: in der Trennstation 116 wird dann das Argon durch Kondensation des Wasserdampfs abgetrennt, worauf das Wasser wieder bei der Verzweigung 117 auf die Eingangstemperatur Tugebracht werden muss, was auch bei einer Rekuperation der Kondensationsabwärme zu Energieverlusten und damit einer verminderten Effizienz des Fluidkreislaufs 112 führt. Bei einem kleineren durch die Trennstation 116 geführten Fluid- bzw. Dampfstrom, sind diese Energieverluste kleiner und die Effizienz des Fluidkreislaufs 112 entsprechend grösser. Der Fachmann kann nun im konkreten Fall einen vorbestimmten Anteil von L Mol an Schutzgas im Fluidstrom festlegen. Es ergibt sich damit, dass bevorzugt im Betrieb das Fluid vor dem Zufuhranschluss einen vorbestimmten Anteil an Schutzgas aufweist. Weiter ergibt sich bevorzugt, dass die Abtrennung des Schutzgases aus dem Fluid durch Kondensation der anderen Komponenten des Fluids erfolgt. [0075] If the fluid flowing into the heating device 113 did not contain any protective gas, the entire fluid flow would have to be passed through the separation station 116 in order to separate the supplied protective gas again. Since the fluid flowing into the heating device 113 already contains a proportion of K mol of protective gas, the protective gas concentration downstream of the heating device 113 is . There is therefore a partial flow of C mol of protective gas, which already contains I mol of protective gas, so that the separation of the protective gas in the separation station 116 only requires the energy required for the partial flow of C mol and not for the entire fluid flow of M mol. A simple calculation shows that the energy savings are particularly illustrative using the example of steam as the fluid and argon as the protective gas: in the separation station 116, the argon is then separated by condensation of the steam, whereupon the water must be brought back to the inlet temperature Tu at the branch 117, which leads to energy losses and thus to a reduced efficiency of the fluid circuit 112, even when the condensation waste heat is recuperated. With a smaller fluid or steam flow passed through the separation station 116, these energy losses are smaller and the efficiency of the fluid circuit 112 correspondingly greater. The person skilled in the art can now, in the specific case, specify a predetermined proportion of L mol of protective gas in the fluid flow. This means that, preferably during operation, the fluid upstream of the supply connection has a predetermined proportion of protective gas. Furthermore, it is preferred that the protective gas is separated from the fluid by condensation of the other components of the fluid.

[0076] Es sei hervorgehoben, dass ein Vorteil der absorptiven elektrischen Heizeinrichtung in der möglichen konstruktiven Vielfalt liegt, die bei den elektrischen Heizeinrichtungen des Stands der Technik nicht gegeben ist. Der Absorberraum kann verschieden ausgebildet werden, ebenso die Widerstands-Heizelementanordnung, die Widerstands-Heizelemente an sich und deren Anordnung im Absorberraum, immer ist die jeweilige elektrische Heizeinrichtung von einfacher Ausbildung und kostengünstig herzustellen. Dies gilt auch für eine Schutzgasanordnung und gegebenenfalls eine Schutzgasrücklaufanordnung: Auch diese sind von konstruktiver Einfachheit und können ohne Weiteres, d.h. ohne Zusatzaufwand in der elektrischen Heizeinrichtung in dieser geeignet angeordnet werden. Einzelne Merkmale der in den Figuren gezeigten Ausführungsformen sind praktisch beliebig kombinierbar, je nach dem Bedarf im konkreten Fall. [0076] It should be emphasized that one advantage of the absorptive electric heating device lies in the possible design diversity, which is not available with prior art electric heating devices. The absorber chamber can be designed in various ways, as can the resistance heating element arrangement, the resistance heating elements themselves, and their arrangement in the absorber chamber; the respective electric heating device is always of simple design and inexpensive to manufacture. This also applies to a protective gas arrangement and, if applicable, a protective gas return arrangement: these, too, are of simple design and can be easily and suitably arranged in the electric heating device, i.e., without additional effort. Individual features of the embodiments shown in the figures can be combined in virtually any way, depending on the specific requirements.

Claims

1. A method for electrically heating a heat-transporting fluid comprising an infrared-absorbing gas to at least 800 °C, characterized in that the fluid is passed through an absorber chamber (16, 26, 36, 46, 56, 66) of an arrangement for heating the fluid, which is provided with an infrared radiation device acting via an infrared-radiating surface (14) into the absorber chamber (16, 26, 36, 46, 56, 66), and wherein the dimensions of the absorber chamber (16, 26, 36, 46, 56, 66), the infrared-radiating surface (14) of the infrared radiation device and the flow velocity of the fluid are coordinated with one another in such a way that the ratio χ of the heating of the infrared-absorbing gas in the absorber chamber (16, 26, 36, 46, 56, 66) due to the absorption of infrared radiation compared to its total heating by absorption and Convection ≥ 0.5, and wherein an infrared radiation device with a resistance heating element arrangement (12, 22, 32, 42, 52, 62, 92) is used, which has a surface designed as an infrared-radiating surface (14) and wherein the infrared radiation thus generated is directed into the absorber space (16, 26, 36, 46, 56, 66).

2. The method according to claim 1, wherein the infrared absorbing gas is a heteropolar gas and preferably one or a mixture of the gases CO2, water vapor, CH4, NH3, CO, SO2, SO3, HCl, NO, and NO2, particularly preferably a mixture with water vapor and CO2 is used.

3. Method according to claim 1, wherein the fluid is guided in a circuit in which the arrangement for heating the fluid and a consumer (3) for the heat of the heated fluid are located.

4. The method according to claim 2, wherein the infrared radiating surface (14) comprises a high-temperature alloy of iron, chromium and aluminum, silicon carbide or molybdenum disilicon, the fluid comprises water vapor or carbon dioxide or a mixture thereof,

5. The method according to claim 1, wherein a protective gas is supplied to the infrared radiation device in the region of the infrared-radiating surface (14) in such a way that it flows around it in the region of possible contact with the fluid and thus forms a protective gas region (74,102) which operatively protects the infrared-radiating surface (14) from contact with the heat-transporting fluid.

6. The method according to claim 1 or 5, wherein a temperature-resistant material with ohmic resistance is used as the material for the infrared-radiating surface 14, preferably silicon carbide (SiC) or graphite (C), or molybdenum (Mo) or tungsten (W), further comprising a heat-transporting fluid comprising water vapor (H2O) or carbon dioxide (CO2) or a mixture thereof and preferably an inert gas as a protective gas, preferably argon (Ar) or hydrogen (H2) or carbon dioxide (CO2).

7. The method according to claim 5, wherein at least a portion of the protective gas is removed from the protective gas region (74,102) while still in the latter.

8. The method according to claim 5, wherein the fluid flowing through the absorber chamber (16, 26, 36, 46, 56, 66) is enriched with protective gas supplied in the region of the infrared-radiating surface (14), the enriched fluid is guided through the absorber chamber (16, 26, 36, 46, 56, 66) and away from it, and downstream the supplied protective gas is separated from the fluid again, the fluid being guided in a fluid circuit (111) back to the absorber chamber (16, 26, 36, 46, 56, 66) and preferably the protective gas in a protective gas circuit (112) back to the infrared-radiating surface (14).

9. The method according to claim 5 or 8, wherein the heat-transporting fluid has a predetermined proportion (L) of protective gas before entering the arrangement for heating the fluid.

10. The method according to claim 8, wherein the separation of the protective gas from the fluid occurs by condensation of the other components of the fluid.

11. The method according to claim 8, wherein the separation of the protective gas from the fluid takes place after the consumer (3)

12. The method according to claim 5, wherein silicon carbide is used as the material for the infrared radiating surface (14), a heat-transporting fluid comprises water vapor or a mixture of water vapor and carbon dioxide, and the protective gas comprises carbon dioxide.

13. The method according to claim 1, wherein the flux of infrared radiation into the absorber chamber (16, 26, 36, 46, 56, 66) is further included in the quantities to be coordinated with one another.

14. The method according to claim 1, wherein the ratio χ is ≥ 0.6, preferably ≥ 0.7, particularly preferably ≥ 0.8 and most preferably ≥ 0.9.

15. The method according to claim 5, wherein the protective gas and the fluid have a different density, and wherein in the vertical direction the protective gas region (74,102) in the absorber chamber (16,26,36,46,56,66) is arranged at the bottom when the density of the protective gas is greater, and at the top when the density of the protective gas is lower.

16. The method according to claim 1, wherein the fluid is heated to at least 1000°C, preferably 1200°C, more preferably 1400°C, or most preferably 1600°C or more.

17. An electric heating device (2, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 113) for heating a heat-transporting fluid containing an infrared-absorbing gas to at least 800 °C, comprising a supply connection (4) for cold fluid to be supplied thereto and an outlet connection (5, 25) for heated fluid to be led away from it, and comprising an arrangement for heating fluid passed through the heating device (2, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 113), characterized in that it comprises an absorber chamber (16, 26, 36, 46, 56, 66) and an infrared radiation device designed as a resistance heating element arrangement (12, 22, 32, 42, 52, 62, 92), the surface of which is designed as an infrared-radiating, the absorber chamber (16, 26, 36, 46, 56, 66) is designed to emit the heat generated by the resistance heating element arrangement (12, 22, 32, 42, 52, 62, 92) as infrared radiation into the absorber chamber (16, 26, 36, 46, 56, 66) during operation, wherein the dimensions of the absorber chamber (16, 26, 36, 46, 56, 66) and those of the infrared-radiating surface (14) are coordinated with one another in such a way that, during operation, at a flow velocity of the fluid through the absorber chamber (16, 26, 36, 46, 56, 66), the ratio χ of the heating of the infrared-absorbing gas due to the absorption of infrared radiation compared to its total heating by absorption and convection in the absorber chamber (16, 26, 36, 46, 56, 66) ≥ 0.5.

18. Electric heating device (2,10,20,30,40,50,60,70,80,90,113) according to claim 17, wherein the ratio χ is ≥ 0.6, preferably ≥ 0.7, particularly preferably ≥ 0.8 and most preferably ≥ 0.9.

19. Electric heating device (2,10,20,30,40,50,60,70,80,90,113) according to claim 17, wherein the infrared-absorbing gas is a heteropolar gas or gas mixture, preferably a gas or a mixture of several gases of the gases CO2, water vapor, CH4, NH3, CO, SO2, SOa, HCl, NO, and NO2, particularly preferably a mixture with water vapor and CO2.

20. Electric heating device (2,10,20,30,40,50,60,70,80,90,113) according to claim 17, wherein the resistance heating element arrangement (12,22,32,42,52,62, 92) comprises resistance heating elements made of silicon carbide and the infrared absorbing gas is carbon dioxide (CO2) or water vapor (H2O) with a protective gas, namely carbon dioxide (CO2) or argon (Ar).

21. Electric heating device (2, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 113) according to claim 17, wherein the absorber chamber (16, 26, 36, 46, 56, 66) has a length in the fluid flow direction between its ends and a side wall (17, 37, 57) connecting the ends transversely thereto, the infrared-radiating surface (14) is formed at one end and either the supply (4) or the output connection (5) is formed at the same end, but opening into the side wall (17, 37, 57), and the other connection (5, 4) is provided at the opposite end and is preferably formed as a narrowing connection (5, 4).

22. Electric heating device (2, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 113) according to claim 21, wherein the resistance heating element arrangement (12, 22, 32, 42, 52, 62, 92) has concentrically arranged, annular resistance heating elements (13), and the absorber chamber (16, 26, 36, 46, 56, 66) preferably has a section adjoining these and which is cylindrical over part of its length.

23. Electric heating device (2, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 113) according to claim 21, wherein the resistance heating element arrangement (12, 22, 32, 42, 52, 62, 92) has rod-shaped, parallel arranged resistance heating elements (23) and the absorber chamber (16, 26, 36, 46, 56, 66) preferably has a rectangular section adjoining these over part of its length.

24. Electric heating device (2,10,20,30,40,50,60,70,80,90,113) according to claim 17, wherein the absorber chamber (16,26,36,46,56,66) is interspersed with parallel, rod-shaped resistance heating elements (23), the surfaces of which form the infrared-radiating surface (14), and wherein the supply (4) or the output connection (5) are arranged such that a flow component of the fluid flowing through lies transversely to the length of the resistance heating elements (23).

25. Electric heating device (2,10,20,30,40,50,60,70,80,90,113) according to claim 17, wherein the absorber chamber (56) has a length in the fluid flow direction between its ends and a side wall (57) connecting the ends transversely thereto, which narrows towards the ends in sections 59,59', preferably in a funnel shape, and wherein the resistance heating elements (53) are arranged in one or both of the sections 59,59'.

26. Electric heating device (60) according to claim 17, wherein a plurality of local supply connections are arranged on the absorber chamber (66) and the resistance heating element arrangement (62, 62', 62") has a plurality of infrared radiation devices, each arranged one behind the other in the flow direction (68) of the fluid, such that each infrared radiation device is assigned to a local supply connection and heats fluid flowing therefrom.

27. Electric heating device (2, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 113) according to claim 17, wherein a protective gas arrangement (72, 82, 93) is provided for the infrared-radiating surface (14), which has a protective gas supply line arrangement (73, 93) which opens in the region of the infrared-radiating surface, such that protective gas emerging from it during operation flows around the infrared-radiating surface (14), forming a protective gas region (74, 102), and thus operatively seals it against fluid to be heated in the absorber chamber (16, 26, 36, 46, 56, 66).

28. Electric heating device (2,10,20,30,40,50,60,70,80,90,113) according to claim 27, wherein the protective gas arrangement (72,82,93) has a protective gas return arrangement (84) leading away from the protective gas region (74,102).

29. Electric heating device (2, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 113) according to claim 27, wherein the output connection (5) for the fluid is closed with its supply connection (4) via a fluid transport line (1) in a circuit which has a consumer (3) for the heat of the heated fluid, wherein a branch line (115) is further provided which preferably branches off from the circuit line (1) at a branch (114) after the consumer (3), to a separation station (116) designed for the separation of the protective gas from the fluid and after this downstream after the branch (114) and before the supply connection (4) leads back into the circuit line (1).

30. Electric heating device (2, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 113) according to claim 27, wherein, during operation, the fluid upstream of the supply connection (4) has a predetermined proportion of protective gas (L).

31. Electric heating device (2, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 113) according to claim 27, wherein the separation station (116) is connected to the protective gas supply line arrangement (4) and is designed to convey the separated protective gas into the protective gas supply line arrangement (4) during operation.

32. Electric heating device (2,10,20,30,40,50,60,70,80,90,113) according to claim 27, wherein the protective gas supply lines (4,118) are spaced apart from the output connection (5) in the vertical direction and wherein the protective gas supply lines are arranged below the supply connection (4) for the heat-transporting fluid if its molecular weight is smaller than that of the protective gas, and above it if its molecular weight is greater than that of the protective gas.