Zuführen eines Prozessgases, sowie Vorrichtung und Verfahren zum thermischen oder thermo-chemischen Behandeln von Material

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Injektionseinrichtung zum Abgeben eines Gases, ein Prozess gassystem zum Zuführen eines Prozessgases und eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum thermischen oder thermo-chemischen Behandeln, insbesondere zum Kalzinieren, von Material, insbesondere von Batterie-Kathodenmaterial.

2. Beschreibung des Standes der Technik Mit Hilfe von derartigen Vorrichtungen und mit einem solchen Verfahren erfolgt beispiels weise bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien in einem Ofen eine Kalzinierung ei nes pulverförmigen Kathodenmaterials in einer speziellen Atmosphäre, insbesondere in ei ner inerten oder sauerstoffhaltigen Atmosphäre.

Bei einem pulverförmigen Kathodenmaterial handelt es sich zum Beispiel um einen lithi- umhaltigen Übergangsmetall-Präkursor, der in dem Ofen zu einem Lithium-Übergangs- metalloxid kalziniert wird. Bei diesem Vorgang wird abhängig davon, ob Lithiumhydroxid oder Lithiumcarbonat-Präkursoren verwendet werden, aus dem lithiumhaltigen Über- gangsmetall-Präkursor Wasser (H ₂ O) oder Kohlenstoffdioxid (CO ₂ ) als Abgas freigesetzt.

Zur Aufrechterhaltung der sauerstoffhaltigen Atmosphäre wird dem Prozessraum frisches Prozessgas zugeführt und das entstehende Wasser (H ₂ O) oder Kohlenstoffdioxid (CO ₂ ) aus dem Brennraum durch kontinuierliches oder intermittierendes Absaugen der Prozessraum atmosphäre entfernt. Durch das Absaugen entstehen Räume mit geringerem Gaspartial druck, was ebenfalls das kontinuierliche Nachführen von frischem Prozessgas erforderlich macht. Grundsätzlich werden solche Vorrichtungen und Verfahren aber auch für die thermische Behandlung von anderen Materialien verwendet, bei denen es sich beispielsweise auch um Werkstücke handeln kann, die entsprechend unter Einfluss eines Prozessgases thermisch oder thermo-chemisch behandelt werden müssen. Die Temperaturen in solchen Öfen können bis zu 2000°C betragen. Im Weiteren wird die Erfindung am Beispiel der thermischen Behandlung von oben erwähntem Kathodenmate rial erläutert. Die Temperatur bei der Kalzinierung von solchen Materialien hängt in an und für sich bekannter Weise von dem zu behandelnden Material und der Art des verwendeten Ofens ab. Bei vom Markt her bekannten Vorrichtungen und Verfahren zum Kalzinieren von Material vermischt sich das Prozessgas, das in den Prozessraum eingeblasen wird, auf dem Weg zu dem zu behandelnden Material mit der Atmosphäre, die bereits im Prozessraum vorhan den ist. Dieses Mischgas, welches schließlich zu dem Material gelangt, enthält daher einer seits das Prozessgas in einer geringeren Konzentration und andererseits unter anderem bereits in der Prozessraumatmosphäre vorhandenes Abgas. Der Effekt des Prozessgases am zu behandelnden Material kann daher nur wenig zufriedenstellend beeinflusst werden und eine Kontrolle und Steuerung der am Material herrschenden Atmosphäre ist nur ein geschränkt möglich.

Bei derartigen Behandlungen ist es darüber hinaus erforderlich, das thermische Niveau im Prozessraum des Ofens konstant zu halten. Um dies zu gewährleisten, muss das Prozess gas auf die im Prozessraum herrschende Temperatur entsprechend erwärmt werden. In der Regel geschieht diese Erwärmung des Prozessgases aktiv, d.h. unter Verbrauch von zum Erzeugen der Wärme benötigter Energie, durch Heizeinheiten. Das aktiv aufgeheizte Prozessgas wird dann z.B. durch eine von einem Gebläse erzeugte Gasströmung in Gaslei- tungen, die zum Großteil außerhalb des Ofens, teilweise aber auch in der Ofenwand, ge führt werden, zum Wirkort im, am und in einem Nahbereich um das Batterie-Kathodenma terial geleitet. Um Verlust von Wärmeenergie zu vermeiden, sind kostenintensive und auf wendige Maßnahmen zum Isolieren der außerhalb des Ofens geführten Gasleitung erfor derlich. Die Temperatur des eingespeisten Prozessgases ist aber in der Regel beträchtlich niedriger als die Temperatur der Prozessraumatmosphäre. Das eingespeiste Prozessgas wird vor Er reichen des zu behandelnden Materials häufig nicht ausreichend aufgeheizt bzw. verliert auf dem Weg dorthin Wärmeenergie, so dass unvollständige Reaktionen resultieren kön- nen. Darüber hinaus kann das kühlere Prozessgas Wärme von den Materialträgern oder von anderen Komponenten des Fördersystems aufnehmen, wodurch es zu thermischen Spannungen kommen kann, die zu einem höheren Verschleiß und gegebenenfalls zu ei nem frühzeitigen Versagen von Bauteilen und Komponenten des Ofens führen können.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Injektionseinrichtung zum Abgeben eines Gases, ein Prozessgassystem zum Zuführen eines Prozessgases und eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum thermischen oder thermo-chemischen Behandeln anzugeben, die den vor stehend erläuterten Nachteilen aus dem Stand der Technik begegnen und im Prozessraum vorhandene Wärme optimal passiv und energieeffizient auf das Gas/Prozessgas übertra gen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Injektionseinrichtung zum Abgeben ei nes Gases, insbesondere eines Prozessgases, auf ein Material, insbesondere auf ein zu kal zinierendes Batterie-Kathodenmaterial, gelöst, mit a) mindestens einem Einlass, durch welchen der Injektionseinrichtung das Gas zuführbar ist, und mindestens einem Auslass, durch welchen das Gas aus der Injektionseinrich- tung abgebbar ist, die durch einen Strömungsweg für das Gas miteinander verbunden sind; wobei b) der Strömungsweg einen Wärmetauscher mit einem für eine Umgebungsatmosphäre von außen zugänglichen Wärmetauscher-Gehäuse aufweist, in dem eine Kanalanord- nung untergebracht ist; c) die Kanalanordnung einen ersten Strömungskanal und einen zweiten Strömungskanal umfasst, zwischen denen ein Umlenkbereich ausgebildet ist, derart, dass der erste und der zweite Strömungskanal von dem Gas mit unterschiedlichen Hauptströmungsrich tungen durchströmbar sind. Mit Hilfe einer solchen Injektionseinrichtung kann die Wärme einer bereits in einem Pro zessraum befindlichen Prozessraumatmosphäre effektiv zum Aufheizen des Prozessgases genutzt werden, was insgesamt zu einem verbesserten Gesamtwirkungsgrad führt. Hierzu wird die Injektionseinrichtung so in einem Ofen oder dergleichen angeordnet, dass das Wärmetauscher-Gehäuse von der vorhandenen Prozessraumatmosphäre umströmt wird oder zumindest von der vorhandenen Prozessraumatmosphäre umgeben ist, so dass ein Wärmeübertrag möglich ist. Der Wärmeübertrag von der Ofenatmosphäre bzw. von dem Ofeninnenraum an die Injektionseinrichtung erfolgt nicht nur durch Strömung, sondern auch und gegebenenfalls sogar überwiegend durch Strahlung. Auch wenn es in dem Ofen keine Strömung gibt, wird Wärme übertragen. Das Wärmetauscher-Gehäuse kann also in einer weitgehend strömungsfreien oder sogar ruhenden Prozessraumatmosphäre angeordnet sein. Nachfolgend wird beispielhaft davon ausgegangen, dass das Wärmetauscher-Gehäuse von einer bewegten Prozessraumat mosphäre umströmt wird.

Je nach Anwendungsbereich kann es zweckmäßig sein, wenn der mindestens eine Einlass und der mindestens eine Auslass hinsichtlich einer Symmetrieachse im Wesentlichen spie gelsymmetrisch oder asymmetrisch zueinander angeordnet sind.

Außerdem ist es günstig, wenn die Kanalanordnung zusätzlich zum ersten und zum zwei ten Strömungskanal einen dritten Strömungskanal aufweist, wobei zwischen dem dritten und dem zweiten Strömungskanal ein zweiter Umlenkbereich ausgebildet ist, derart, dass der zweite und der dritte Strömungskanal von dem Gas mit unterschiedlichen Hauptströ mungsrichtungen durchströmbar sind. Bevorzugt geben die Strömungskanäle einen Mä ander-Strömungsverlauf innerhalb der Kanalanordnung vor. Ein Mäander-Strömungsverlauf kann bei einem zweidimensionalen S-Strömungsverlauf vorliegen, aber auch dreidimensionale Kanalanordnungen, die beispielsweise einen ge wundenen Strömungsverlauf vorgeben, bei dem die Strömung mindestens zweimal umge lenkt wird und die Umlenkungen in zwei zueinander in einem Winkel stehendenden, ins- besondere zueinander senkrechten, Ebenen erfolgen.

Vorteilhaft definieren zu diesem Zweck der erste und der zweite, der erste und der dritte, oder der zweite und der dritte Strömungskanal eine gemeinsame Ebene, wobei der dritte bzw. der zweite oder der erste Strömungskanal bezogen auf diese Ebene versetzt oder in einem Winkel angeordnet ist. Bei einer derartigen Anordnung der Strömungskanäle wird das durch die Strömungskanäle strömende Gas einmal innerhalb der definierten Ebene und einmal von der definierten Ebene in eine andere Ebene umgelenkt, also beispielsweise nach links/rechts oder oben/unten. Dabei sind Umlenkungen in einem Winkel von 20° bis 180° zur Hauptströmungsrichtung im jeweiligen Strömungskanal bevorzugt. Eine Umlen kung um 180° beispielsweise bewirkt eine Änderung der Hauptströmungsrichtung in eine zur Hauptströmungsrichtung des vorherigen Strömungskanals entgegengesetzte Rich tung.

Es ist günstig, wenn die Kanalanordnung zusätzlich zu den drei Strömungskanälen einen oder mehrere weitere Strömungskanäle und jeweils einen Umlenkbereich vor jedem weite ren Strömungskanal umfasst, derart, dass zwei aufeinanderfolgende Strömungskanäle von dem Gas mit unterschiedlichen Hauptströmungsrichtungen durchströmbar sind.

Auf diese Weise kann ein zur Verfügung stehender Bauraum, beispielsweise in einem Ge häuse, effizient genutzt werden. Bei ansonsten gleichbleibendem Gehäuse führt die not wendige Reduktion der Strömungsquerschnitte einerseits zu einer Vergrößerung der Kon taktfläche für das Gas und andererseits zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Gases, was in Summe die auf die Gasströmung übertragene Wärmeenergie pro zu rückgelegter Strecke vergrößert. Um die Effizienz der Wärmeübertragung von dem Wärmetauscher auf das ihn durchströ mende Gas weiter zu erhöhen, ist es von Vorteil, wenn in einem oder mehreren Strö mungskanälen eine Kernstruktur ausgebildet ist. Mittels dieser Kernstrukturen ist eine Temperaturüberträgerfläche, mit der das die Strömungskanäle durchströmende Gas in thermischer Wechselwirkung ist, gegenüber der Temperaturüberträgerfläche der Strö mungskanäle ohne Kernstrukturen vergrößert. Die Kernstrukturen können dabei an den Strömungsleitelementen oder an einer Innenfläche des Wärmetauscher-Gehäuses ange ordnet sein. Sie können aber auch derart angeordnet sein, dass sie für das Gas einen Ring raum in den Strömungskanälen ausbilden. Bei einer derartigen Anordnung können die Kernstrukturen vorzugsweise mit den Innenflächen des Wärmetauscher-Gehäuses endsei tig verbunden sein.

Dabei kann es von Vorteil sein, wenn die Kernstrukturen massive Kernkörper sind. Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn Kernkörper Durchströmungsöffnungen aufweisen, derart, dass das die Strömungskanäle durchströmende Gas ebenfalls die Durchströmungsöffnun- gen durchströmt und somit nicht nur an Außenflächen der Kernkörper Wärmeenergie auf nehmen kann.

Bezüglich der Kernkörper ist außerdem vorteilhaft, wenn diese zumindest abschnittsweise in Strömungsrichtung einen Querschnitt aufweisen, der kreisförmig, elliptisch, kreisseg mentförmig, kreissektorförmig, polygonal, insbesondere dreieckig, viereckig, insbesondere trapezförmig, trapezoid oder rechteckig, fünf-, sechs- oder mehreckig ist. Die Kernkörper können bei ansonsten im Wesentlichen gleichbleibendem Volumen der Strömungskanäle zu einer weiteren Vergrößerung der an der Temperaturübertragung beteiligten Tempera turüberträgerfläche Einstülpungen und/oder Ausstülpungen aufweisen. Diese Einstülpun gen und/oder Ausstülpungen können dabei regelmäßig oder unregelmäßig an den Kern- körpern vorhanden sein.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens zwei Strömungskanäle parallel zueinander verlaufen. Ferner können der Wärmetauscher und/oder einer oder mehrere der Strömungskanäle zumindest abschnittsweise einen Querschnitt aufweisen, der kreisförmig, elliptisch, kreissegmentförmig, kreissektorförmig, polygonal, insbesondere dreieckig, vier eckig, insbesondere trapezförmig, trapezoid oder rechteckig, fünf-, sechs- oder mehreckig ist.

Dabei können eine oder mehrere der Strömungskanäle in der jeweiligen Hauptströmungs- richtung zumindest abschnittsweise sich in Flächenform und/oder in Flächengröße verän dernde Querschnitte aufweisen.

Damit möglichst viel der vom Wärmetauscher aufgenommenen Wärmeenergie auf das zu erwärmende Gas übertragen werden kann, ist es von Vorteil, wenn das Wärmetauscher- Gehäuse und Wände der darin ausgebildeten Strömungskanäle aus einem oder mehreren besonders wärmeleitfähigen Materialien sind. Vorzugsweise weisen das Material bzw. die Materialien eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von l > 50 Wm ¹ K ¹ , vorzugsweise von l > 75 Wm^K ¹ und besonders vorzugsweise von l > 100 Wm^K ¹ auf.

Besonders geeignete Materialien hierfür sind beispielsweise Materialien, die einen Metall anteil aufweisen, beispielsweise elementare Metalle, Metalllegierungen, Metalloxide, Me tallnitride oder Metallkarbide. Vorteilhafterweise kann der Metallanteil Kupfer (Cu), Zinn (Sb), Zink (Zn), Silber (Ag), Magnesium (Mg), Nickel (Ni), Beryllium (Be), Aluminium (AI), Ka lium (Ka), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Natrium (Na), Eisen (Fe), Silizium (Si) und Tantal (Ta) aufweisen. Besonders Siliziumkarbid (SiC) und Kupferlegierungen aufweisende Wär metauscher eignen sich aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit für die erfindungsge- mäße Injektionseinrichtung. Insbesondere bei Temperaturen über 400°C weist der Wärme tauscher vorwiegend metallkeramische Materialien auf. In jedem Fall werden Materialien verwendet, bei denen es bei den vorliegenden Temperaturen nicht zu einer Freisetzung von Metall oder Metallverbindungen kommt, die das zu kalzinierende Material kontami nieren können. Daneben kann es des Weiteren vorteilhaft sein, wenn die Kanalanordnung zumindest teil weise durch eine Strömungsleitstruktur ausbildbar ist, welche in das Wärmetauscher-Ge häuse einsetzbar und darin lösbar befestigbar ist. Eine Strömungsleitstruktur kann hierbei beispielsweise durch Verbinden von Strömungsleitelementen ausgebildet werden. Ein Vor teil dieser konstruktiven Ausgestaltung ist, dass das Wärmetauscher-Gehäuse beispiels weise als Hohlkörper bereitgestellt werden kann und die Strömungsleitstruktur zum Aus bilden der Kanalanordnung in dieses vor Montage der Injektionseinrichtung eingesetzt werden kann. Eine lösbare Befestigung der Strömungsleitstruktur ermöglicht einem An wender, die vom Gas innerhalb des Wärmetauschers zurückzulegende Strecke an die Er fordernisse des jeweiligen Produktionsschritts anzupassen.

Es ist günstig, wenn das Wärmetauscher-Gehäuse Gehäusekappen umfasst, die insbeson dere einen Teil der Kanalanordnung bereitstellen. In diesem Fall kann ein Teil des Wärme- tauschers und der Kanalanordnung einstückig, beispielsweise als Strangpressprofil oder Walzprofil, ausgebildet sein. Durch die Gehäusekappen wird dann der Wärmetauscher ver vollständigt. Alternativ kann auch eine separate Strömungsleitstruktur in das Wärmetau scher-Gehäuse bei abgenommenen Gehäusekappen eingesetzt werden, die dann ange bracht werden. Dabei ist es günstig, wenn die Gehäusekappen die Umlenkbereiche definieren.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Injektionseinrichtung eine Dü senanordnung mit einer oder mehreren Injektionsdüsen, mittels welcher das Gas auf das zu behandelnde Material gerichtet abgebbar ist.

Die Düsenanordnung kann dabei ein vom Wärmetauscher unabhängiges Bauteil sein, kann aber auch von dem Wärmetauscher umfasst sein.

Bei einem erfindungsgemäßen Prozessgassystem zum Zuführen eines Prozessgases, insbe sondere eines Prozessgases für eine thermische oder thermo-chemische Behandlung, ins besondere eine Kalzinierung, von Material, insbesondere von Batterie-Kathodenmaterial, in einen Prozessraum, wird die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass das Prozess- gassystem wenigstens eine erfindungsgemäße Injektionseinrichtung verwendet, die zu mindest einige der oben zur Injektionseinrichtung erläuterten Merkmale umfasst. Bei einer Vorrichtung zum thermischen oder thermo-chemischen Behandeln, insbesondere zum Kalzinieren, von Material, insbesondere von Batterie-Kathodenmaterial, mit a) einem Gehäuse; b) einem in dem Gehäuse befindlichen Prozessraum; c) einem Fördersystem, mittels welchem das Material oder mit dem Material beladene Tragstrukturen in einer Förderrichtung in oder durch den Prozessraum förderbar sind; d) einem Heizsystem, mittels welchem eine in dem Prozessraum herrschende Prozess raumatmosphäre aufheizbar ist, und e) einem Prozessgassystem, mittels welchem dem Prozessraum ein Prozessgas zuführbar ist, welches für die thermische oder thermo-chemische Behandlung des Materials er forderlich ist, wird die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass f) das Prozessgassystem ein solches Prozessgassystem ist und das Prozessgas mittels der Injektionseinrichtung gezielt auf das Material oder auf die mit Material beladenen Tragstrukturen abgebbar ist; g) die Injektionseinrichtung derart angeordnet ist, dass der Wärmetauscher von der Pro zessraumatmosphäre umströmbar und/oder bestrahlbar ist, so dass das Prozessgas passiv aufheizbar ist.

Bei einem Verfahren zum thermischen oder thermo-chemischen Behandeln, insbesondere zum Kalzinieren, von Material, insbesondere von Batterie-Kathodenmaterial, bei welchem a) das Material oder die mit dem Material beladenen Tragstrukturen durch einen Pro zessraum einer Vorrichtung zur thermischen Behandlung des Materials gefördert wer den; b) eine in dem Prozessraum herrschende Prozessraumatmosphäre aufgeheizt wird, und c) dem Prozessraum ein Prozessgas zugeführt wird, welches für die thermische oder thermo-chemische Behandlung erforderlich ist, wird die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass d) das Prozessgas mit Hilfe eines Wärmetauschers aufgeheizt wird, der in dem Prozess- raum angeordnet ist.

Vorzugsweise kann das Prozessgas dem Prozessraum mit einer Temperatur zugeführt wer den, die im Wesentlichen der Temperatur der Prozessraumatmosphäre entspricht.

Ferner ist es bei dem Verfahren bevorzugt, die oben genannte Vorrichtung zum thermi schen oder thermo-chemischen Behandeln von Material zu verwenden.

KURZE BESCHREI BUNG DER ZEICHN UNGEN Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt einer Vorrichtung zum thermischen oder thermo chemischen Behandeln von Material mit einem Prozessgassystem, mittels welchem ein Prozessgas durch Injektionseinrichtungen in ei nen Prozessraum geführt wird;

Figuren 2a bis 2c Querschnitte der Vorrichtung gemäß Figur 1 mit jeweils einem Aus führungsbeispiel einer Injektionseinrichtung, bei denen ein Wärme tauscher in dem Prozessraum angeordnet ist;

Figuren 3a und 3b die Injektionseinrichtungen der Figuren 2a und 2b mit jeweils einem

Teilschnitt des Wärmetauschers;

Figuren 4a und 4b eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wärmetauschers; Figuren 5a und 5b eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels ei nes erfindungsgemäßen Wärmetauschers;

Figuren 6a und 6b eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des

Wärmetauschers; Figuren 7a und 7b eine perspektivische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels des

Wärmetauschers;

Figuren 8a bis 8c Querschnitte von drei weiteren Ausführungsbeispielen des Wärme tauschers;

Figuren 9a und 9b eine perspektivische Ansicht eines achten Ausführungsbeispiels des

Wärmetauschers;

Figuren 10a und 10b eine perspektivische Ansicht eines neunten Ausführungsbeispiels des Wärmetauschers.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Zunächst wird auf die Figuren 1 bis 2c Bezug genommen. In diesen bezeichnet 10 eine Vorrichtung zur thermischen oder thermo-chemischen Behandlung von Material 12. Nach- folgend wird diese Vorrichtung 10 der Einfachheit halber als Ofen 10 bezeichnet. In den Figuren 2a bis 2c sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle Bauteile und Kompo nenten, die bereits in Figur 1 gekennzeichnet sind, erneut mit einem Bezugszeichen verse hen.

Bei dem Material 12 kann es sich beispielsweise um eingangs erläutertes Batterie-Katho- denmaterial 14 handeln, welches bei der Herstellung von Batterien durch eine thermische Behandlung in dem Ofen 10 kalziniert werden muss.

Der Ofen 10 umfasst ein Gehäuse 16 mit einem Boden 16a, einer Decke 16b und zwei ver tikalen Seitenwänden 16c und 16d, welches einen Innenraum 18 begrenzt, in dem sich ein Prozessraum 20 befindet. Das Gehäuse 16 bildet somit das Gehäuse des Prozessraumes 20. Gegebenenfalls kann der Innenraum 18 des Ofens 10 durch ein gesondertes, das Ge häuse 16 umgebendes Gehäuse definiert sein. Wie in Figur 1 zu erkennen ist, erstreckt sich der Prozessraum 20 zwischen einem Eingang 22 und einem Ausgang 24 des Gehäuses 16, die jeweils mit einem Tor 26 verschließbar sind. Alternativ kann auch ein offener Eingang 22 und ein offener Ausgang 24 oder aber im Gegensatz dazu jeweils eine gasdichte Dop peltorschleuse vorhanden sein, mit der eine Trennung der Atmosphäre im Ofen von der Umgebungsatmosphäre sichergestellt ist.

Das Material 12 wird mit Hilfe eines Fördersystems 28 in einer Förderrichtung 30 durch den Prozessraum 20 gefördert; die Förderrichtung 30 ist nur in Figur 1 durch einen Pfeil gekennzeichnet. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Ofen 10 als Durchlaufofen und konkret als Durchstoßofen konzipiert, bei dem das Fördersystem 28 das Material 12 durch den Ofen 10 hindurch fördert. Hierfür umfasst das Fördersystem 28 eine Förderbahn 32, entlang welcher mehrere Auflageböden 34, sogenannte Trays, geschoben werden, wie es an und für sich bekannt ist. In Figur 1 ist nur ein Auflageboden mit einem Bezugszei- chen versehen.

Das Fördersystem 28 umfasst eine Schubeinrichtung 36 mit einem angetriebenen Schub stempel 38, welcher einen Auflageboden 34 von außen durch den Eingang 22 in den Pro zessraum 20 hinein schiebt. Dieser Auflageboden 34 stößt dabei gegen den in Förderrich tung 30 ersten Auflageboden 34 an, der sich bereits im Prozessraum 20 befindet, wodurch alle im Prozessraum 20 befindlichen Auflageböden 34 um einen Platz weitergeschoben werden und der in Förderrichtung 30 letzte Auflageboden 34 durch den Ausgang 24 aus dem Prozessraum 20 heraus geschoben wird.

Bei nicht eigens gezeigten Abwandlungen sind auch andere, an und für sich bekannte Konzepte für Durchlauföfen möglich. Lediglich beispielhaft erwähnt seien an dieser Stelle Rollenöfen, Förderbandöfen, Kettendurchlauföfen, Durchfahröfen und dergleichen. Alter nativ kann der Ofen 10 auch als Batchofen ausgebildet sein, welcher nur einen Zugang aufweist, durch welchen das Material 12 in den Prozessraum 20 hinein und auch wieder aus diesem heraus gefördert werden kann. In diesem Fall werden einzelne Chargen des Materials 12 in den Prozessraum 20 durch diesen Zugang in Förderrichtung 30 hinein ge fördert, thermisch behandelt, hiernach wieder in zur Förderrichtung 30 entgegengesetzter Richtung durch den Zugang aus dem Prozessraum 20 entfernt und auf diese Weise insge samt durch den Prozessraum 20 gefördert. Das Material 12 kann abhängig von seiner Beschaffenheit als solches mit Hilfe des Förder systems 28 gefördert werden und dabei zum Beispiel direkt auf den Auflageböden 34 ab gelegt werden. Dies ist beispielsweise möglich, wenn es sich bei dem Material 12 um strukturelle Werkstücke handelt.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind mit dem Material 12 beladene Tragstrukturen 40 vorgesehen, die im Falle des Batterie-Kathodenmaterials 14 als Brennschalen 42 ausge bildet sind, die in englischer Terminologie als sogenannte Saggar bezeichnet werden.

Diese Tragstrukturen 40 können in an und für sich bekannter Weise zu einem regalartigen Fördergestell 44 mit mehreren Ebenen aufeinander gesetzt werden, wobei beim vorliegen den Ausführungsbeispiel jeweils drei mit Batterie-Kathodenmaterial 14 beladene Trags- trukturen 40 ein Fördergestell 44 bilden und jeweils ein Auflageboden 34 ein solches För dergestell 44 trägt. Auch zwei oder mehr als drei, beispielsweise vier, fünf, sechs oder mehr Ebenen pro Fördergestell 44 sind denkbar; die Anzahl der möglichen Ebenen hängt weitgehend von der Bauhöhe des Prozessraumes 20 und der Tragstrukturen 40 ab. Bei ei ner Abwandlung ist das Fördergestell 44 ein separates Bauteil, beispielsweise aus Metall oder Keramik, welches die Tragstrukturen 40 in mehreren Ebenen aufnimmt.

Der Ofen 10 umfasst ein vom Markt bekanntes und nur schematisch und lediglich in Figur 1 angedeutetes Heizsystem 45, mittels welchem eine in dem Prozessraum 20 herrschende Atmosphäre aufheizbar ist. Die Atmosphäre kann in bekannter Weise mittels Konvektion, elektromagnetischer Wärmestrahlung oder Wärmediffusion aufgeheizt werden. Beispiel- hafte Heizsysteme können daher Heizstrahlelemente, Heizlüftungselemente oder derglei chen umfassen, die an oder in dem Ofenboden 16a, der Ofendecke 16b und/oder einer der vertikalen Seitenwände 16c, 16d und/oder im Prozessraum 20 verteilt angeordnet sein können. Alternativ oder ergänzend kommt ein Umluft-Heizsystem in Betracht, mittels wel chem die Ofenatmosphäre aus dem Prozessraum 20 abgesaugt, mit einer Heizeinheit auf geheizt und wieder in den Prozessraum 20 eingeblasen wird.

Bei der thermischen Behandlung von Materialien 12 kann ein Abgas 46 entstehen, das aus dem Prozessraum 20 abgezogen werden muss. Ein solches Abgas 46 ist in den Figuren 2a bis 2c in gestrichelten Linien angedeutet und mit einem Bezugszeichen versehen. Bei der Kalzinierung von Batterie-Kathodenmaterial 14 entsteht als Abgas 46 beispielsweise Was ser (H2O) oder Kohlenstoffdioxid (CO2). Zudem können Lithium (Li) enthaltende Phasen freigesetzt werden. Um Abgas 46 aus dem Prozessraum 20 entfernen zu können, ist ein in den Figuren 2a, 2b und 2c zu erkennendes Absaugsystem 48 vorhanden, welches Absaugöffnungen 50 im Bo den 16a des Gehäuses 16 umfasst, über welche das Abgas 46 aus dem Prozessraum 20 ab gesaugt werden kann. Hierfür außerdem notwendige und an und für sich bekannte Kom ponenten wie Gebläse, Leitungen, Filter und dergleichen sind der Übersichtlichkeit halber nicht eigens gezeigt.

In dem Ofen 10 können Materialien 12 thermisch behandelt werden, bei deren thermi scher Behandlung ein Prozessgas erforderlich ist. Bei dem angesprochenen Batterie-Ka thodenmaterial 14 wird für eine wirkungsvolle Kalzinierung beispielsweise Sauerstoff (O2) benötigt, welcher in Form von konditionierter Luft in den Prozessraum 20 eingeblasen wird. In diesem Fall bildet folglich Luft ein solches Prozessgas. Der darin enthaltene Sauer stoff (O2) wird bei der Bildung des Metalloxids umgesetzt und es entsteht Wasser (H2O) und Kohlenstoffdioxid (CO2). Bei anderen Prozessen können andere Prozessgase erforder lich sein. Bei manchen Prozessen wird mit Sauerstoff angereicherte Luft oder auch reiner Sauerstoff benötigt, der Sauerstoffanteil solcher Prozessgase kann 21 % bis 100% betra- gen. Auch kann ein Inertgas, beispielsweise ein Edelgas, als für eine reibungslose thermi sche oder thermo-chemische Behandlung notwendiges Prozessgas verstanden werden. Daher umfasst der Ofen 10 ein Prozessgassystem 52, mittels welchem dem Prozessraum 20 ein Prozessgas 54 zugeführt werden kann, welches für die thermische Behandlung er forderlich ist.

Das Prozessgassystem 52 seinerseits umfasst wenigstens eine Injektionseinrichtung 56, welche in den Figuren 3a und 3b schematisch dargestellt ist und mittels welcher ein Gas, hier das Prozessgas 54, auf das Material 12 abgegeben werden kann. Figur 1 zeigt meh rere Injektionseinrichtungen 56, wobei nur einige ein Bezugszeichen tragen. Die Injekti onseinrichtung 56 weist einen Einlass 58 auf, durch welchen der Injektionseinrichtung das Prozessgas 54 zugeführt werden kann, sowie wenigstens einen Auslass 60, durch welchen das Prozessgas 54 aus der Injektionseinrichtung 56 abgegeben werden kann, wobei der Einlass 58 erst in den Figuren 3a und 3b dargestellt ist. Der Einlass 58 und der oder die Auslässe 60 sind strömungstechnisch durch einen Strömungsweg 62, welcher vom Pro zessgas 54 durchströmt werden kann, miteinander verbunden.

Der Strömungsweg 62 weist einen Wärmetauscher 64 mit einem für eine Umgebungsat- mosphäre, hier eine im Prozessraum 20 herrschende Prozessraumatmosphäre 66, von au ßen zugänglichen Wärmetauscher-Gehäuse 68 auf, welches im Weiteren als WT-Gehäuse 68 bezeichnet wird. In dem WT-Gehäuse 68 ist eine Kanalanordnung 70 untergebracht, welche zumindest zwei Strömungskanäle 72 umfasst.

Durch den Wärmetauscher 64 wird das Prozessgas 54 auf dem Strömungsweg 62 zum Auslass 60 aufgeheizt, indem die Wärme der Prozessraumatmosphäre 66 genutzt und auf das Prozessgas 54 übertragen wird.

Figur 3a zeigt eine Kanalordnung 70 mit zwei Strömungskanälen 72, nämlich einem ersten Strömungskanal 72.1 und einem zweiten Strömungskanal 72.2; eine auf diese Weise aus gebildete Injektionseinrichtung 56 zeigt auch Figur 2a. Figur 3b veranschaulicht eine Ka- nalanordnung 70 mit drei Strömungskanälen 72, bei der außerdem ein dritter Strömungs kanal 72.3 ausgebildet ist; solche Injektionseinrichtungen 56 zeigen auch die Figuren 2b und 2c, worauf unten nochmals eingegangen wird. Der Übersichtlichkeit halber sind glei che Bauteile und Komponenten fortfolgend nicht immer nochmals eigens mit einem Be zugszeichen versehen.

Die Strömungskanäle 72 sind vom Prozessgas 54 durchströmbar und in nicht dargestellten Varianten auch als separat innerhalb des WT-Gehäuses 68 geführte Rohrelemente ausge führt. Bei der Kanalanordnung 70 ist zwischen zwei in Strömungsrichtung aufeinanderfol genden Strömungskanälen 72 ist jeweils ein Umlenkbereich 74 ausgebildet, derart, dass zwei aufeinanderfolgende Strömungskanäle 72 von dem Prozessgas 54 mit unterschiedli chen Hauptströmungsrichtungen durchströmt werden. Konkret ist zwischen dem ersten Strömungskanal 72.1 und dem zweiten Strömungskanal 72.2 ein Umlenkbereich 74.1 und bei der Variante nach Figur 3b außerdem zwischen dem zweiten Strömungskanal 72.2 und dem dritten Strömungskanal 72.3 ein zweiter Umlenkbereich 74.2 ausgebildet.

Unter einem Umlenkbereich 74 wird dabei jeder Bereich verstanden, in welchem die Hauptströmungsrichtung des Prozessgases 54 verändert wird. Der Begriff Hauptströ- mungsrichtung soll ausdrücken, dass bei der Betrachtung der Strömungsrichtung des Pro zessgases 54 durch einen Strömungskanal 72 Turbulenzen oder Verwirbelungen, die in dem Strömungskanal 72 auftreten können, außer Acht bleiben. Eine Umlenkung kann ins besondere durch abrupte Änderungen des Kanalverlaufs durch den Umlenkbereich 74 be wirkt werden, beispielsweise durch einen U-förmigen Kanalverlauf im Umlenkbereich 74. Insofern sich die Hauptströmungsrichtung vor dem Umlenkbereich 74 von der Hauptströ mungsrichtung nach dem Umlenkbereich 74 unterscheidet, können auch geschwungene Änderungen des Kanalverlaufs einen Umlenkbereich 74 ausbilden.

Um das Prozessgas 54 auf das Material 12 abgeben zu können, weist die Injektionseinrich tung 56 zudem eine Düsenanordnung 76 auf, die mehrere Injektionsdüsen 76a umfasst, mittels welchen das Prozessgas 54 gerichtet auf das zu behandelnde Material 12 abgege ben werden kann. Die Düsenanordnung 76 kann dabei in das WT-Gehäuse 68 integriert sein, wie in Figur 3a gezeigt ist. Die Düsenanordnung 76 kann auch eine separate Einheit sein, wie in Figur 3b ersichtlich ist. Die einzelnen Injektionsdüsen 76a können durch einfache Austrittsöffnungen gebildet sein, die beispielsweise als Kreisöffnung, ovale Öffnung oder Schlitz ausgestaltet sein kön nen. Die Injektionsdüsen 76a können beweglich sein, so dass die Ausströmungsrichtung des abgegebenen lokalen Prozessgases 54 für jede Injektionsdüse 76a individuell einge- stellt werden kann. Dies ist in den Figuren nicht eigens veranschaulicht. Ferner können die Injektionsdüsen 76a bezogen auf den Boden 16a und/oder die Förderrichtung 30 gewin kelt an der Düsenanordnung 76 angeordnet sein, um das Prozessgases 54 gerichtet auf die Brennschalen 42 und/oder das Material 12 abzugeben. Dabei können alle an der Dü senanordnung 76 angeordneten Injektionsdüsen 76a das Prozessgas 54 in unterschiedli- chen oder gleichen Winkeln abgeben.

Durch die Düsenanordnung 76 der Injektionseinrichtung 56 werden alle Brennschalen 42 und das Material 12 im Prozessraum 20 weitgehend homogen mit Prozessgas 54 versorgt und beaufschlagt, so dass die thermische Behandlung des Materials 12 in allen Brennscha len 42 in hohem Maße reproduzierbar und einheitlich abläuft. Einerseits gelangt auf diese Weise Prozessgas 54 zum Prozessort am Material 12, anderer seits wird durch das Prozessgas 54 das entstehende Abgas 46, vorliegend somit Wasser (H2O) oder Kohlenstoffdioxid (CO2), verdrängt, wodurch das Abgabe 46 effektiv durch das Absaugsystem 48 aus dem Prozessraum 20 abgesaugt werden kann.

Durch die gerichtete Abgabe des Prozessgases 54 wird der Gaspartialdruck in der unmit- telbare Nähe des Materials 12 verändert, was wiederum Einfluss auf die Prozessparameter und hierdurch Einfluss auf die chemischen und physikalischen Eigenschaften des entste henden Produkts hat. Ferner kann die Qualität des erhaltenen Produkts erhöht und auf diese Weise der Produktionsausschuss verringert werden. Darüber hinaus kann Prozessgas 54 eingespart werden. Mit Hilfe des gerichtet abgegebenen Prozessgases 54 aus den Injektionsdüsen 76a ist es außerdem möglich, die Temperatur im Umfeld des zu behandelnden Materials 12 zu be einflussen; es kann sowohl die Temperatur im Umfeld des Materials 12 homogenisiert als auch ein gezielt heterogenes Temperaturprofil am Material 12 herbeigeführt werden, z.B. wenn die durch den Wärmetauscher 64 führende Strecke gewollt unzureichend ist, um das Prozessgas 54 auf die Temperatur der Prozessraumatmosphäre 66 aufzuheizen. Diese Wir kungen können sowohl durch eine entsprechende vorherige Konditionierung des Prozess gases 54 durch das Prozessgassystem 52 als auch durch eine entsprechend abgestimmte Abgabe des Prozessgases 54 durch die Injektionseinrichtung 56 bewirkt werden.

Die Abgabe des Prozessgases 54 durch die Injektionseinrichtung 56 kann kontinuierlich oder gepulst erfolgen; dies wird durch eine entsprechende Steuerung und entsprechende Steuermittel des Prozessgassystems 52 eingestellt.

Die Figuren 2a, 2b und 2c zeigen Injektionseinrichtungen 56 mit unterschiedlich ausgebil- deten bzw. angeordneten Wärmetauschern 64, bei denen die Injektionsdüsen 76a der Dü senanordnung 76, wie auch in Figur 1, jeweils neben der Förderbahn 32 entlang einer Ver tikalen angeordnet sind. Von der Erfindung umfasst ist aber auch eine Anordnung der In jektionsdüsen 76a, die mit der Decke 16b und/oder den vertikalen Seitenwänden 16c, 16d einen Winkel einschließt, der nicht 90° beträgt. In Figur 2a ist, wie oben erwähnt, eine Variante mit der Injektionseinrichtung 56 gemäß Fi gur 3a gezeigt. Bei dem in Figur 2b dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft der Wärme tauscher 64 nahe der Decke 16b des Ofens 10 quer zur Förderrichtung 30, um die Bereiche der Prozessraumatmosphäre 66 mit möglichst großer Hitze zum Aufheizen des Prozessga ses 54 zu nutzen. Die Düsenanordnung 76 ragt dort vertikal von dem an der Decke 16b des Ofens 10 entlang geführten Wärmetauscher 64 herab. Figur 2c zeigt eine alternative Anordnung des Wärmetauschers 64 parallel zur Förderrichtung 30 in einer Variante an der vertikalen Seitenwand 16c.

Die Figuren 4a, 4b zeigen ein erstes und die Figuren 5a und 5b ein zweites Ausführungs beispiel des Wärmetauschers 64 der Injektionseinrichtung 56, bei denen jeweils zwei Strö- mungskanäle 72.1 und 72.2 vorhanden sind, die durch den Umlenkbereich 72.1 verbunden sind. Die beiden Strömungskanäle 72.1 und 72.2 und der Umlenkbereich 74.1 in dem WT- Gehäuse 68 sind dabei durch ein Strömungsleitelement 78 ausgebildet, das als eine Art Trennschott 80 wirkt, so dass durch einen Gehäuseaußenmantel 82 des WT-Gehäuses 68 einerseits und das Strömungsleitelement 78 die Kanalanordnung 70 mit dem ersten Strö mungskanal 72.1, dem Umlenkbereich 74.1 und dem zweiten Strömungskanal 72.2 gebil det ist.

Hierdurch ist die Strecke, die das Prozessgas 54 innerhalb des Wärmetauschers 64 der In- jektionseinrichtung 56 zurücklegt, im Vergleich zu einem direkten Strömungsweg zu den Auslässen 60 verlängert. Vorzugsweise und, wie in den Figuren 3a bis 10b dargestellt, ist die indem Wärmetauscher 64 der Injektionseinrichtung 56 zurückgelegte Strecke, vergli chen mit Wärmetauschern 64 ohne einen oder mehrere Umlenkbereiche 74 oder ein oder mehrere Leitschotts 80, mindestens doppelt so lang. Hiermit soll gewährleistet werden, dass das Prozessgas 54 einen möglichst langen Weg innerhalb des Wärmetauschers 64 zurücklegt, um den Eintrag aufzunehmender Wärmeenergie bis zum Erreichen des Auslas ses 60 zu maximieren. Bei nicht eigens gezeigten Abwandlungen können mehrere Trenn schotts 80 quer zur Längsrichtung, zum Beispiel in einer Zick-Zack-Anordnung oder an ge genüberliegenden Längsseiten des Gehäuseaußenmantels 82 des Wärmetauschers 64 al- ternierend zueinander angeordnet sein. Von der Erfindung umfasst sind aber auch Wär metauscher 64, bei welchen die innerhalb des Wärmetauschers 64 zurückzulegende Stre cke des Prozessgases 54 nicht mindestens doppelt so lang wie ohne ein oder mehrere Leitschotts 80 ist.

In einem weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind mehrere Leitschotts 80 derart angeordnet, dass sich eine aus einer Vielzahl von Hauptwirbeln der Prozessgasströmung zusammengesetzte turbulente Strömung durch den Wärmetauscher 64 ergibt.

Bei den in den Figuren 4a bis 5b gezeigten Ausführungsbeispielen befinden sich ein Ein gang 84 und ein Ausgang 86 des Wärmetauschers 64 an einem gemeinsamen Anschluss ende 88 des Wärmetauschers 64. Beim Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 4a, 4b ist die Einströmrichtung des Prozessgases 54 in den Wärmetauscher 64 parallel aber entge gengesetzt zu seiner Ausströmrichtung aus dem Wärmetauscher 64.

Das in den Figuren 5a und 5b gezeigte Ausführungsbeispiel ist der Ausgang 86 des Wär metauschers 64 so an dem Anschlussende ausgebildet, dass das Prozessgas 54 in einer Richtung senkrecht zur Einströmrichtung aus dem Wärmetauscher 64 ausströmt. Bei dem in den Figuren 6a und 6b gezeigten Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers 64 mit drei Strömungskanälen 72.1, 72.2 und 72.3 sowie zwei Umlenkbereichen 74.1 und 74.2 ist das WT-Gehäuse 68 beispielhaft als langgestrecktes Prisma mit dem Querschnitt eines gleich- seitigen Dreiecks ausgeführt.

Die drei Strömungskanäle 72.1, 72.2, 72.3 und die beiden Umlenkbereiche 74.1, 74.2 sind mit Hilfe von drei langgestreckten Trennschotts 80.1, 80.2 und 80.3 ausgebildet, die im Querschnitt sternförmig mit einer gemeinsamen Kontaktlinie in einem Winkel von 120° zu einander angeordnet sind. Auf diese Weise bilden jeweils zwei der Trennschotts, nämlich die Trennschotts 80.1, 80.2, die Trennschotts 80.2, 80.3 und die Trennschotts 80.3, 80.1 so wie jeweils der Gehäuseaußenmantel 82 des WT-Gehäuses 68 die Strömungskanäle 72.1, 72.2 bzw. 72.3 aus.

Bei dieser Variante liegt jeder Strömungskanal 72.1, 72.2, 72.3 in einer Ebene, die zu einer Bezugsebene Es, die jeweils von den beiden anderen Strömungskanälen 72.2 und 72.3, 72.1 und 72.3 bzw. 72.1 und 72.2 definiert wird, versetzt ist. Dies wird weiter unten noch mals im Zusammenhang mit den Figuren 8a, 8b und 8c anhand von Figur 8a erläutert.

Im Fall dieser drei Strömungskanäle 72 sind der Eingang 84 und der Ausgang 86 des Wär metauschers 64 an gegenüberliegenden Enden des WT-Gehäuses 68 angeordnet, so dass dort jeweils ein Eingangssende 90 und ein Ausgangsende 92 des Wärmetauschers 64 aus- gebildet ist.

Bei dem in den Figuren 7a und 7b gezeigten Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers 64 sind durch vier Trennschotts 80.1, 80.2, 80.3 und 80.4 vier Strömungskanäle 72.1, 72.2, 72.3 und 72.4 sowie drei Umlenkbereiche 74 ausgebildet, wobei lediglich der zweite und dritte Umlenkbereich 74.2 und 74.3 zu erkennen sind. Beim dritten Umlenkbereich 74.3 ist das WT-Gehäuse in Durchsicht gezeigt. Das WT-Gehäuse 68 ist beispielhaft als langgestrecktes Rohr mit kreisrundem Querschnitt ausgeführt. Bei dieser Ausbildung von vier Strömungskanälen 72 sind der Eingang 84 und der Aus gang 86 des Wärmetauschers 64 wieder an einem gemeinsamen Anschlussende 88 ange ordnet.

Bei nicht eigens gezeigten Abwandlungen umfasst die Kanalanordnung 70 einen oder mehrere weitere Strömungskanäle 72 und jeweils einen Umlenkbereich 74 vor jedem Strö mungskanal 72, derart, dass zwei aufeinanderfolgende Strömungskanäle 72 von dem Pro zessgas 64 mit unterschiedlichen Hauptströmungsrichtungen durchströmt werden.

Allen Ausführungsbeispielen des Wärmetauschers 64 mit mindestens drei Strömungskanä len 72 ist gemein, dass zumindest die drei Strömungskanäle 72 einen Mäander-Strö- mungsverlauf 94 vorgeben. Dieser Mäander-Strömungsverlauf 94 kann sich über eine o- der mehrere zueinander parallele Ebenen erstrecken.

In den Figuren 8a bis 8c sind Varianten des Wärmetauschers 64 gezeigt, bei denen das WT-Gehäuse wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 7 als langgestrecktes Rohr mit kreisrundem Querschnitt ausgebildet ist, bei denen jedoch wieder jeweils drei Strömungs- kanäle 72.1, 72.2 und 72.3 zueinander versetzt angeordnet sind, wie es bei dem Ausfüh rungsbeispiel gemäß Figur 6 der Fall ist.

Eine der oben bereits angesprochenen Ebenen Es sei zwischen zwei geometrischen Schwerpunkten 96.1 und 96.2 der Querschnitte der Strömungskanäle 72.1 und 72.2 festge legt, wie es in Figur 8a veranschaulicht ist, wobei die Ebene Es dort senkrecht zur Papier- ebene steht. Der dritte geometrische Schwerpunkt 96.3 des dritten Strömungskanals 72.3 ist zu dieser Ebene Es versetzt angeordnet, wie es oben erläutert wurde.

Die in Figur 8a dargestellten Querschnitte der Strömungskanäle 72.1, 72.2, 72.3 weisen eine durch die bei diesem Ausführungsbeispiel planen Trennschotts 80.1, 80.2 und den Gehäuseaußenmantel 82 des WT-Gehäuses 68 festgelegte Kreissektorform auf. Diese im Querschnitt kreissektorförmigen Strömungskanäle 72.1, 72.2 und 72.3 sind dabei ausge hend vom Strömungskanal 72.1 um den gleichen Winkelbetrag von 120° um den Mittel punkt M des kreisförmigen Querschnitts des WT-Gehäuses 68 gedreht angeordnet. Die drei entlang einer gemeinsamen Achse angeordneten Trennschotts 80.1, 80.2, 80.3 schließen untereinander gleiche oder unterschiedliche Kippwinkel a, ß, g ein, wobei, wenn die Kippwinkel unterschiedlich sind, diese vorzugsweise a= 100°, ß= 120° und g= 140° be tragen. In Figur 8b ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers 64 im Quer schnitt dargestellt. Die Querschnitte der Strömungskanäle 72.1, 72.2, 72.3 weisen hier ab gerundete Ecken 97 und unterschiedliche Querschnittsflächen auf.

Figur 8c veranschaulicht in den Strömungskanälen 72.1, 72.2, 73.3 ausgebildete Kernstruk turen 98, die bei diesem Ausführungsbeispiel durch Kernkörper 100 bereitgestellt sind Mittels dieser Kernstrukturen 98 ist die an der Temperaturübertragung beteiligte Fläche des Wärmetauschers 64, mit welcher das durchströmbare Prozessgas 54 während des Durchströmens in thermischer Wechselwirkung steht, bezogen auf den Wärmetauscher 64 ohne Kernstrukturen 98 vergrößert. Außerdem ist der von dem Prozessgas 54 durchström bare Strömungskanal-Querschnitt im Verhältnis dazu reduziert, wodurch das Prozessgas 54 mit einer höheren Strömungsgeschwindigkeit durch den Wärmetauscher 64 strömen kann und der Volumenanteil des Prozessgases 54, der direkt mit der Temperaturüberträ gerfläche in Kontakt kommt, erhöht ist. Eine höhere Strömungsgeschwindigkeit erhöht au ßerdem die Effizienz der Temperaturübertragung.

Die Figuren 9a und 9b zeigen nun ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Düsenanord- nung 76 von dem Wärmetauscher 64 umfasst ist. Hierzu sind die Injektionsdüsen 76a der Düsenanordnung 76 in den Gehäuseaußenmantel 82 des WT-Gehäuses 68 integriert. Wie dargestellt ist, mündet der hier vorhandene dritte Strömungskanal 72.3 in einen Verteiler kanal 102, über welchen das Prozessgas zu den Injektionsdüsen 76 gelangt. Die Injektions düsen 76 können in einer einfachen Ausführung Durchgangsöffnungen im WT-Gehäuse 68 sein. Der Verteilerkanal 102 kann auch als Teil des Wärmetauschers 64 wirken und in diesem Fall neben seiner Funktion als Verteilerkanal einen vierten Strömungskanal 72.4 des Wärmetauschers 64 definieren, zu dem das Prozessgas 54 über einen stromauf vor handenen dritten Umlenkbereich 74.4 strömt. Um die Fertigung des Wärmetauschers 64 zu vereinfachen, weist das WT-Gehäuse 68 bei dem in den Figuren 10a und 10b gezeigten Ausführungsbeispiel an seinen gegenüberlie genden Stirnseiten anbringbare Gehäusekappen 104 auf. Diese können einen Teil der Ka nalanordnung 70 und des WT-Gehäuses 68 bereitstellen. Die Gehäusekappen 104 stellen hier die Umlenkbereiche 74 bereit und können ferner einen oder mehrere Einlässe 58 und/oder einen oder mehrere Auslässe 60 aufweisen. Der Wärmetauscher 64 kann somit in Einzelteilen hergestellt und erst bei Montage durch Aufsetzen der Gehäusekappen 104 komplettiert werden.

In einer weiteren Variante, welche nicht eigens dargestellt ist, wird die Kanalanordnung 70 in dem WT-Gehäuse 68 ausgebildet, indem eine separate Strömungsleitstruktur in das WT-Gehäuse 68 eingesetzt und dort befestigt wird. Dabei kann die Strömungsleitstruktur lösbar befestigt werden, so dass sie bei Bedarf gegen eine andere Strömungsleitstruktur ausgetauscht werden kann, beispielsweise falls sich herausstellt, dass die durch die ver wendete Strömungsleitstruktur ausgebildete Kanalanordnung nicht ausreicht, um das Pro- zessgas 54 auf die Temperatur der Prozessraumatmosphäre 66 aufzuheizen..

Die beschriebenen Konzepte mit den Gehäusekappen 104 oder einer einsetzbaren und gegebenenfalls austauschbaren Strömungsleitstruktur können bei allen oben erläuterten Ausführungsbeispielen umgesetzt werden.

Erfindungsgemäß sind das Wärmetauscher-Gehäuse 68, die Trennschotts 80.1, 80.2, 80.3, die Kernstrukturen 98 und/oder die Gehäusekappen 104 aus einem oder aus mehreren Materialien, welches bzw. welche eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von l > 50 Wm ¹ K ¹ , l > 75 Wm^K ¹ oder l > 100 Wm^ K ¹ aufweisen. Besonders Materialien mit Metallanteil, beispielsweise elementare Metalle, Metalllegierungen, Metalloxide, Metallnitride oder Me tallkarbide können hierfür verwendet werden. Als beispielhafte Metalle zu erwähnen sind Kupfer (Cu), Zinn (Sb), Zink (Zn), Silber (Ag), Magnesium (Mg), Nickel (Ni), Beryllium (Be), Aluminium (AI), Kalium (Ka), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Natrium (Na), Eisen (Fe), Sili zium (Si) und Tantal (Ta).