ES2219625T3 - Elemento calefactor. - Google Patents
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Abstract
Elemento calefactor que comprende al menos una envoltura tubular (2, 17) térmicamente conductora, recibiendo al menos un elemento resistivo (3) unido a un círculo de potencia comprendiendo un conmutador de potencia 8, caracterizado porque el conmutador de potencia está fijado en la envoltura mediante unos medios de intercambio térmico (11) entre el conmutador de potencia y la envoltura asegurando una función de disipador de calor engendrada durante el funcionamiento de dicho conmutador de potencia (8).
Description
Elemento calefactor.
La presente invención se refiere a un elemento
calefactor destinado por ejemplo a la calefacción de un fluido
caloportador, especialmente agua, contenido en el interior de un
recinto estanco. Se pueden citar como ejemplo de tal recinto los
calderines de agua caliente, los radiadores de calefacción de agua
o aceite, los radiadores toalleros... pudiendo estos radiadores y
radiadores toalleros utilizarse aisladamente o pudiendo formar parte
de una red de calefacción.
Un elemento calefactor de este tipo comprende
generalmente un elemento resistivo que está dispuesto en el
interior de una envoltura tubular de material térmicamente
conductor y que está unido a un circuito de potencia mediante un
conmutador de potencia.
Existen igualmente unos elementos calefactores de
doble envoltura en los cuales dos envolturas tubulares térmicamente
conductoras están dispuestas coaxialmente una con relación a
otra.
Durante la utilización, la única envoltura o la
envoltura exterior del elemento calefactor atraviesa la pared del
recinto para inmergirse en el fluido sobre la mayor parte de su
longitud con su extremidad cerrada situada del lado del interior
del recinto y su extremidad abierta situada del lado del exterior
para permitir el empalme eléctrico del elemento resistivo. Cuando
atraviesa la pared del recinto, la envoltura está contenida en una
brida de montaje que asegura a la vez su mantenimiento en posición
y la estanqueidad necesaria con relación a la pared del
recinto.
Es conocido, especialmente del documento
EP-A-0 317 435, que la brida de
montaje está realizada en material térmicamente conductor y presente
en su espesor un alojamiento en el cual está instalado el
conmutador de potencia de tal manera que la brida de montaje
permita una disipación del calor engendrado durante el
funcionamiento del conmutador de potencia. Esto permite de manera
particularmente eficaz limitar el calentamiento del conmutador de
potencia es decir asegurar un enfriamiento del conmutador de
potencia. Sin embargo, es necesario entonces prever una extensión
de la brida de montaje que sea suficiente para facilitar en su
espesor el alojamiento que recibe el conmutador de potencia. La
brida de montaje presenta entonces un volumen importante que hace
difícil la implantación del elemento calefactor en ciertos tipos de
recintos.
Sería pues interesante disponer de un medio para
limitar el calentamiento o enfriar el conmutador de potencia que
sea de poco volumen.
Por otra parte, es conocido del documento
FR-A-2 801 469 un elemento
calefactor que comprendiendo una envoltura que recibe una
resistencia calefactora inmersa en un materia aislante y conectada
a una fuente de alimentación vía un elemento sensible a la
temperatura dispuesto en una cavidad de la envoltura para cortar la
alimentación de la resistencia calefactora en función de la
temperatura. El elemento calefactor está dispuesto de tal manera
que reina la misma temperatura en la cavidad a nivel del elemento
sensible que en el material aislante que rodea la resistencia a fin
de accionar el corte de alimentación con buena precisión. En tal
estructura, no es cuestión de enfriar el elemento sensible que debe
al contrario estar sometido a una temperatura la más próxima
posible de la resistencia calefactora. El sistema de este documento
no puede por consiguiente explotarse para resolver el problema
arriba planteado.
Con vistas a resolver este problema, se prevé,
según la invención, un elemento calefactor que comprende al menos
una envoltura tubular térmicamente conductora recibiendo al menos
un elemento resistivo conectado a un circuito de potencia que tiene
un conmutador de potencia fijado en la envoltura mediante unos
medios de intercambio térmico entre el conmutador de potencia y la
envoltura.
Así además de la protección del elemento
resistivo y el intercambio térmico entre éste y el fluido
caloportador, la envoltura tubular asegura por contacto con este
fluido caloportador una función de disipación del calor engendrado
durante el funcionamiento del conmutador de potencia. La unión de la
envoltura a la pared del recinto concurre igualmente a la
disipación del calor vía el recinto. Esto permite tener una
superficie de intercambio relativamente grande para el enfriamiento
del conmutador de potencia conservando a la vez un volumen
limitado. El enfriamiento eficaz del conmutador de potencia así
obtenido permite aumentar la duración de vida de este último. La
envoltura tubular asegura además una función de protección del
conmutador de potencia frente a las agresiones exteriores y facilita
el aislamiento eléctrico del conmutador de potencia con relación al
medio exterior.
Otras características y ventajas de la invención
se harán evidentes a la lectura de la descripción a continuación de
modos de realización particulares no limitativos de la
invención.
Se hará referencia a los dibujos anexos, entre
los cuales:
- la figura 1 es una vista esquemática parcial en
sección longitudinal de un elemento calefactor según un primer modo
de realización de la invención,
- la figura 2 es una vista análoga a la de la
figura 1 de un elemento calefactor según un segundo modo de
realización de la invención,
- la figura 3 es una vista en sección según la
línea III-III de la figura 1 del subconjunto
incorporando el conmutador de potencia,
- la figura 4 es una vista análoga a la figura 3
de este subconjunto según una primera variante de realización,
- la figura 5 es una vista en alzado de un
subconjunto incorporando el conmutador de potencia, según una
segunda variante de realización,
- la figura 6 es una vista en sección según la
línea V-V de la figura 5 de este subconjunto.
La invención aquí representada y descrita en
relación con un elemento calefactor individual, destinado a
montarse sobre un recinto de fluido a calentar (no representado)
mediante una brida de montaje (no representada) concebida para
enroscarse en un agujero roscado prevista en la pared de este
recinto. Otros tipos de montaje equivalentes pueden evidentemente
considerarse.
Haciendo referencia a la figura 1, el elemento
calefactor designado por la referencia general 1 comprende una
resistencia eléctrica blindada que comprende una envoltura metálica
2 en el interior de la cual está dispuesta un elemento resistivo 3
en forma aquí de un hilo resistente dispuesto helicoidalmente. El
elemento resistivo 3 se extiende en una materia refractaria
eléctricamente aislante tal como magnesia en polvo 4, compactada en
el interior de la envoltura
metálica 2. El elemento resistivo tiene dos extremidades 3a, 3b unidas a unos conductores eléctricos 5, 6 que atraviesan un elemento obturador 7 para conectarse después a un circuito de potencia. El elemento obturador 7 divide herméticamente la envoltura metálica 2 en dos secciones 2a, 2b, estando el elemento resistivo 3 contenido en la sección 2a. El elemento obturador 7 está con preferencia realizado en un material térmicamente aislante.
metálica 2. El elemento resistivo tiene dos extremidades 3a, 3b unidas a unos conductores eléctricos 5, 6 que atraviesan un elemento obturador 7 para conectarse después a un circuito de potencia. El elemento obturador 7 divide herméticamente la envoltura metálica 2 en dos secciones 2a, 2b, estando el elemento resistivo 3 contenido en la sección 2a. El elemento obturador 7 está con preferencia realizado en un material térmicamente aislante.
El circuito de potencia no es visible en
totalidad a la figura 1 y solo un conmutador de potencia 8 está
representado de manera esquemática en esta figura.
El conmutador de potencia 8 es un triac conectado
al resto del circuito de potencia por unos cables 9 y está montado
en la sección 2b de la envoltura metálica 2. El conmutador de
potencia 8 se aloja en una cavidad 10 que está practicada en una
placa base 11 y que comprende un fondo 12 contra el cual el
conmutador de potencia 8 está aplicado. La cavidad 10 está rellena
con una resina endurecida 13 eléctricamente aislante que asegura el
mantenimiento en posición del conmutador de potencia 8 con relación
a la placa base 11. La placa base 11 está realizada en un material
térmicamente conductor tal como latón y presenta al opuesto de la
cavidad 10 una cara 14 en porción de cilindro de sección circular
que tiene un radio sensiblemente igual al radio interno de la
sección 2b de la envoltura 2. La cara de la placa de base 11 está
apoyada contra una porción de la superficie interna de la sección
2b de la envoltura 2 mediante una capa eléctricamente aislante 15.
La capa aislante 15 puede comprender una o dos hojas de mica
flexible o en un elastómero adaptado por ejemplo a base de
silicona, eventualmente asociado a una grasa térmica conductora y
eléctricamente aislante. En el caso en que se utiliza un triac
aislado, la capa 15 es facultativa en el marco de un simple
aislamiento. Una resina 16 eléctricamente aislante y endurecida
llena la sección 2b de la envoltura 2 extendiéndose más allá del
obturador 7 y mantiene en posición el subconjunto constituido por el
conmutador de potencia 8, la capa eléctricamente aislante 15 y la
placa base 11. Durante la fabricación, se insistirá sobre la
calidad de los contactos de las piezas entre ellas que deben
permitir el establecimiento de una unión de intercambio térmico
entre el conmutador de potencia 8 y la envoltura 2.
Se comprende que así el calor producido por el
conmutador de potencia 8 durante su funcionamiento se disipa vía la
placa base 11 por la envoltura 2 en contacto con el fluido
caloportador a recalentar. Cuando la brida es de un material
térmicamente conductor, una parte del calor producido por el
conmutador de potencia se disipa igualmente vía la brida por la
pared del recinto a la cual el elemento calefactor está fijado.
Además, el conmutador de potencia 8 se encuentra
en un medio (en el seno de la cavidad 10) que tiende a estar
sometido principalmente a la temperatura del fluido caloportador y
no a la del elemento resistivo 3, lo que favorece el enfriamiento
del conmutador de potencia 8. Para reforzar esta separación térmica
de la cavidad 10 y del elemento resistivo 3, unos medios de
aislamiento térmico pueden preverse entre la cavidad 10 y la zona
del elemento calefactor inmediatamente adyacente al elemento
resistivo 3.
Los elementos idénticos o análogos a los
anteriormente descritos llevarán una referencia numérica idéntica
en la continuación de la descripción.
Haciendo referencia a las figuras 2 y 3 y según
el segundo modo de realización, la resistencia blindada está
contenida en el interior de una segunda envoltura 17 que se
extiende coaxialmente con relación a la envoltura 2 y que comprende
una extremidad abierta 17a y una extremidad cerrada 17b. La
envoltura 17 está aquí realizada de un metal tal como el acero
inoxidable pero puede también realizarse en cualquier material
térmicamente conductor.
La envoltura 17 está parcialmente llenada con una
materia refractaria aislante eléctricamente tal como magnesia 26,
compactada en el interior de la envoltura 17, materia en la cual la
envoltura 2 está incluida. Una parte de la envoltura 17 adyacente
en su extremidad abierta 17a se extiende más allá de la envoltura 2
y recibe el conmutador de potencia 8 que, contrariamente al modo de
realización precedente, no está ya dispuesto en la envoltura 2. El
elemento obturador 7 está entonces adyacente a la extremidad
abierta de la envoltura 2 de manera que obture ésta.
El conmutador de potencia 8 está montado sobre
una placa base 11 teniendo una cavidad 10 con un fondo 12 y unas
paredes laterales recubiertas de una capa eléctricamente aislante
18. Una resina endurecida 13 eléctricamente aislante llena la
cavidad 19 y mantiene el conmutador de potencia 8 en posición. La
placa base 11 está como anteriormente realizada en un material
térmicamente conductor, aquí latón, y tiene una cara 14 al opuesto
de la cavidad 10 que tiene una forma en porción de cilindro de
sección circular con un radio sensiblemente igual al radio interno
de la envoltura 17.
El mantenimiento en posición de la placa base 11
en la parte correspondiente de la envoltura 17 está asegurada por
una resina endurecida 23 eléctricamente aislante que está contenida
en esta parte de la envoltura.
Según una primera variante de realización
representada a la figura 4, una sangría 24 está practicada
axialmente en la cara 14 de la placa base 11.
Las operaciones de montaje del subconjunto
incorporando el conmutador de potencia 8 se inician por la
colocación de la capa aislante 18 en la cavidad 10 de tal manera
que esta capa aislante recubra el fondo 12 y las paredes laterales
de la cavidad 10. Luego, el conmutador de potencia 8 está dispuesto
en la cavidad 10 antes de que una resina 13 eléctricamente aislante
esté introducida en la cavidad 10. La resina 13 una vez endurecida
no recubre aquí completamente el conmutador de potencia 8 y asegura
principalmente una función de mantenimiento en posición del
conmutador de potencia 8 y de la capa aislante 18 en la cavidad 10.
La placa base 11 está después montada en la envoltura 17 de manera
que la cara 14 esté aplicada contra la superficie interna de la
envoltura 17 y luego la resina 23 está introducida en la envoltura
17. La resina está introducida por la sangría 4 de manera a obtener
un llenado de la parte de la envoltura 17 adyacente a su extremidad
17a análogo al llenado obtenido por una colada ascendente. Se evita
así que burbujas de aire estén aprisionadas en la resina 23. La
sangría 24 facilita así el llenado de la envoltura. La resina 23
una vez endurecida asegura el mantenimiento en la envoltura 17 de la
placa base 11 y ejerce igualmente una función de aislamiento
eléctrico.
La sangría 24 presenta otra ventaja cuando la
envoltura 17 está obtenida por enrollamiento de una chapa sobre
ella misma y después soldadura de los bordes de ésta. En efecto, en
este caso la envoltura 17 presenta una hinchazón interna 25 que no
impide la obtención de una buena adaptación de la cara 14 con la
superficie interna de la envoltura 17.
Según una segunda variante, tal como representada
a las figuras 5 y 6, la placa base 11 comprende al opuesto de su
cara 14 en porción de cilindro de sección circular, una cara 19
plana sobre la cual el conmutador de potencia 8 está fijado. Una
capa aislante 18 está interpuesta entre la cara 19 y el conmutador
de potencia 8. La fijación del conmutador de potencia 8 se realiza
mediante un tornillo 20 que pasa por un agujero 21 realizado en el
conmutador de potencia 8 y equipado de una camisa espaldonada 22 de
material eléctricamente aislante que, cooperando con la capa
aislante 18, aísla eléctricamente la placa base 11 y el tornillo
20 del conmutador de potencia 8.
La disipación del calor producido durante el
funcionamiento del conmutador de potencia está entonces asegurada
por la envoltura 17 vía la placa base 11.
Evidentemente, la invención no se limita al modo
de realización descrito y se pueden aportar unas variantes de
realización sin salir del marco de la invención tal como definido
por las reivindicaciones.
En particular, otros materiales que los
mencionados pueden utilizarse en cuanto presenten unas
características análogas.
Por otra parte, es posible utilizar otros modos
adaptados de fijación de la placa base en la envoltura y del
conmutador de potencia a la placa base.
Además, es posible prescindir de la placa base y
utilizar otras formas de medios de intercambio térmico.
Claims (8)
1. Elemento calefactor que comprende al menos una
envoltura tubular (2,17) térmicamente conductora, recibiendo al
menos un elemento resistivo (3) unido a un círculo de potencia
comprendiendo un conmutador de potencia 8, caracterizado
porque el conmutador de potencia está fijado en la envoltura
mediante unos medios de intercambio térmico (11) entre el conmutador
de potencia y la envoltura asegurando una función de disipador de
calor engendrada durante el funcionamiento de dicho conmutador de
potencia (8).
2. Elemento calefactor según la reivindicación 1,
caracterizado porque el conmutador de potencia (8) está
aplicado contra una porción de superficie interna de la envoltura
(2, 17).
3. Elemento calefactor según la reivindicación 2,
caracterizado porque el conmutador de potencia (8) está
montado sobre una placa base (11) térmicamente conductora y
provista de una cara (14) de forma correspondiendo sensiblemente a
la de la porción de superficie interna de la envoltura (2, 17).
4. Elemento calefactor según la reivindicación 3,
caracterizado porque el conmutador de potencia (8) está
recibido en una cavidad (10) de la placa base (11) que comprende un
fondo (12) contra el cual el conmutador de potencia está aplicado y
que contiene una resina (13) eléctricamente aislante en la cual está
inmergido el conmutador de potencia.
5. Elemento calefactor según la reivindicación 3
o la reivindicación 4, caracterizado porque al menos una
capa eléctricamente aislante (18) está intercalada entre el
conmutador de potencia (8) y la placa base (11).
6. Elemento calefactor según una cualquiera de
las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque al menos una
capa eléctricamente aislada (15) está intercalada entre la placa
base (11) y la superficie interna de la envoltura (2, 17).
7. Elemento calefactor según una cualquiera de
las reivindicaciones 3 a 6, caracterizado porque la placa
base (11) está mantenida en posición en la envoltura (2, 17) por
una resina (16, 23) contenida en ésta.
8. Elemento calefactor según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque comprende
dos envolturas térmicamente conductoras (2, 17) que están
dispuestas coaxialmente una con relación a otra, a saber una
envoltura interna (2) y una envoltura externa (17), y porque el
elemento resistivo (3) está dispuesto en la envoltura interna y el
conmutador de potencia (8) está dispuesto en la envoltura
externa.
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