ES2683720T3 - Un calentador de gas, un aparato de suministro de gas y un método para proporcionar gas - Google Patents

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ES2683720T3 ES04252324.1T ES04252324T ES2683720T3 ES 2683720 T3 ES2683720 T3 ES 2683720T3 ES 04252324 T ES04252324 T ES 04252324T ES 2683720 T3 ES2683720 T3 ES 2683720T3
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Abstract

Un calentador de gas (6) para conectar a una fuente de calor y a una fuente de gas a presión, comprendiendo el calentador de gas: una camisa (12) que tiene una entrada de gas (16) en un primer extremo de ella y una salida de gas en el segundo extremo de ella y que define una cavidad entre ellas, en la que la camisa (12) comprende un cilindro hecho de un material conductor del calor; un intercambiador de calor poroso (14) que se extiende dentro de dicha cavidad, desde dicha entrada a dicha salida; y medios para proporcionar calor a dicho intercambiador de calor a lo largo de su longitud; en el que el intercambiador de calor está en comunicación conductiva con la camisa para permitir la transferencia de calor desde la camisa al intercambiador de calor, caracterizado por que el calentador comprende un deflector de flujo (30) dispuesto dentro de la camisa, estando el deflector de flujo (30) dispuesto en el uso para dirigir el gas a lo largo de un camino tortuoso a través del intercambiador de calor desde el primer extremo de la camisa hasta el segundo extremo de ésta, en donde el deflector de flujo comprende un disco o una rosca en espiral.

Description

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DESCRIPCION
Un calentador de gas, un aparato de suministro de gas y un metodo para proporcionar gas
La invencion presente se refiere a un calentador de gas, un aparato de suministro de gas y un metodo para proporcionar gas. La patente de los EE. UU. US 2001/030040 describe dicho calentador de gas que tiene las caracterlsticas del preambulo de la reivindicacion 1. En un sistema de suministro de gas convencional, tlpicamente, una fuente de gas a alta presion esta conectada a un regulador de presion de gas. El regulador de presion de gas es operable para regular una reduccion en la presion de gas desde la alta presion a la que el gas fue almacenado en la fuente hasta la presion de trabajo deseada. Tlpicamente, el gas se almacena en cilindros o botellas de alta presion a presiones de aproximadamente 200 bares. Los reguladores comunmente disponibles han sido disenados para operar a este nivel de presion de gas de entrada.
Recientemente, los cilindros suministran gas a presiones mas altas. Por ejemplo, ahora es posible obtener cilindros de gas a una presion de 300 bares. Se solicito a los fabricantes de reguladores de presion que ofrecieran reguladores de 300 bares con disenos similares a los utilizados para presiones de entrada de 200 bares. La diferencia entre los reguladores para operar a 300 bares en comparacion con los disenados para operar a 200 bares consiste en el intervalo de presion de entrada de los medidores, y que se requiere una unidad de control de valvula adaptada que tenga un resorte o un diafragma mas resistente.
Conforme se expande el gas, es conocido que experimenta el efecto Joule-Thomson, es decir, el gas se enfrla conforme se expande. La disminucion de la temperatura conforme el gas se expande esta relacionada con el cambio de la presion del gas. Si inicialmente el gas esta a una presion mas alta (por ejemplo, de aproximadamente 300 bares frente a una presion de aproximadamente 200 bares), y en ambos casos el gas es regulado a la misma presion de trabajo (por ejemplo, aproximadamente 10 bares), el gas que comenzo a una presion mas alta (300 bares) esta sustancialmente mas frlo que el que comenzo a la presion mas baja. Por tanto, la temperatura de un regulador de presion llega a ser mucho mas baja en comparacion cuando la presion de entrada de gas recibida por el regulador es, por ejemplo, de aproximadamente 300 bares en lugar de aproximadamente 200 bares.
De hecho, este efecto de presion mas alta comienza a resultar prominente por encima de 240 bares y se amplifica aun mas con temperaturas ambientales mas bajas. No es raro en tales circunstancias que el regulador de presion se congele. Esto puede hacer que el regulador de presion se vuelva inutil. Alternativamente, pueden ocurrir problemas tales como la oscilacion del flujo de salida, el bloqueo de la funcionalidad del regulador y la fuga resultante.
Existen sistemas conocidos que han sido desarrollados para tratar de resolver este problema. Un tipo de sistema se basa en calentar el gas a alta presion entre la fuente de gas y el regulador de presion. Esto se hace dirigiendo el gas a traves de un tubo recto o en espiral que esta caliente. Sin embargo, tales sistemas son incapaces de proporcionar calor suficiente al gas sin estar al mismo tiempo peligrosamente calientes o que requieran una longitud de tuberlas inviablemente largas.
Un intento alternativo de solucion a este problema ha sido calentar el regulador de presion directamente de manera que conforme el gas pasa a traves de el y se enfrla debido al efecto Joule-Thomson, la temperatura del dispositivo regulador no baje mas de la temperatura de trabajo mas baja del regulador. En otras palabras, el regulador es calentado para que los problemas descritos anteriormente se moderen aunque sigan estando presentes.
Una vez mas, tales intentos de resolver el problema identificado anteriormente no han tenido exito. En particular, los dos intentos antes mencionados de una solucion a este problema tienen baja eficiencia. Esto significa que incluso si se usan grandes cantidades de energla de entrada, con la intencion de aumentar la temperatura del gas lo suficiente, no ha sido posible garantizar que no haya problemas con el regulador.
La Solicitud de Patente de Estados Unidos N° 2003/0154700 describe un modulo para ser usado como filtro, convertidor catalltico o calentador.
Segun un primer aspecto de la invencion presente, se proporciona un calentador de gas que tiene las caracterlsticas de la reivindicacion 1. La invencion proporciona un calentador de gas que tiene una entrada de gas y una salida de gas que definen una cavidad entre ellas y que comprende un intercambiador de calor poroso que se extiende dentro de la cavidad, desde la entrada hasta la salida. Hay dispuestos medios para proporcionar calor al intercambiador de calor a lo largo de la longitud del intercambiador de calor. Los medios para proporcionar calor al intercambiador de calor pueden ser una superficie de contacto entre la camisa y el intercambiador de calor o una superficie de contacto entre el intercambiador de calor y un elemento de calentamiento dispuesto dentro del intercambiador de calor.
Segun un segundo aspecto de la invencion presente, se proporciona un aparato de suministro de gas para ser conectado a una fuente de gas a presion, el aparato de suministro de gas comprende: un calentador de gas segun el primer aspecto de la invencion presente; y, un regulador de presion que tiene una entrada conectada a una salida
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del calentador de gas, cuyo regulador de presion esta dispuesto para recibir gas calentado del calentador de gas y regular la presion del gas.
Segun un tercer aspecto de la invention presente, se proporciona un metodo para suministrar gas desde una fuente a presion, comprendiendo el metodo: alimentar el gas desde una fuente a presion a un calentador de gas; alimentar el gas desde el calentador a un regulador de presion para regular la presion del gas, cuyo calentador de gas es un calentador de gas segun el primer aspecto de la invencion presente.
Segun un cuarto aspecto de la invencion presente, se proporciona un calentador de gas para ser conectado a una fuente de calor y a una fuente de gas a presion, el calentador de gas comprende: una camisa; y un intercambiador de calor poroso contenido dentro de la camisa, dispuesto en el uso para recibir calor y calentar el gas que fluye a traves del calentador en donde, en el uso, una distancia entre un flujo de gas a traves del calentador y una superficie de transferencia de calor a traves de la que esta dispuesto el intercambiador de calor para recibir calor es sustancialmente constante.
En una realization, la invencion proporciona un calentador de gas que tiene una camisa que contiene un intercambiador de calor poroso o elemento de intercambio de calor. El intercambiador de calor poroso esta configurado de tal manera que, en el uso, conforme el gas pasa a traves de la camisa, entra en contacto con un area superficial grande del intercambiador de calor. En el uso, si se aplica calor a la camisa de manera que a continuation alimenta al intercambiador de calor, el calor se transfiere eficientemente al gas que pasa a traves del calentador. Dado que el intercambiador de calor es seleccionado para que un area superficial de intercambio de calor este expuesta al gas que pasa a traves y sea mayor de la que de otra manera experimental el gas, la longitud de la zona de intercambio de calor dentro del calentador puede ser reducida.
El calentador de gas de la invencion presente incluye un intercambiador de calor poroso dispuesto en el uso para recibir calor y calentar el gas que fluye a traves del calentador. La distancia entre un flujo de gas por el calentador y la superficie de transferencia de calor a traves de la que el intercambiador de calor esta dispuesto para recibir calor es sustancialmente constante en la direction del flujo de gas a traves del calentador. En otras palabras, sustancialmente a lo largo de todo el recorrido del gas a traves del calentador (y a traves del intercambiador de calor dentro del calentador), el intercambiador de calor esta dispuesto de manera que es constante una superficie de transferencia de calor a traves de la que recibe calor. Esto quiere decir que el gas puede ser calentado de manera sustancialmente uniforme conforme pasa a traves del calentador y practicamente es posible calentar el gas eficientemente en todas las partes del recorrido del gas a traves del calentador.
Al proporcionar un material conductor del calor poroso como intercambiador de calor, se asegura que el calor puede ser transferido eficientemente al gas que pasa a traves del calentador. Ademas, a diferencia de los calentadores de gas convencionales en los que tlpicamente el tiempo de contacto entre el gas y la fuente de calor es muy corto debido a que la velocidad del gas es bastante alta, por ejemplo, hasta 10 m/s, en la invencion presente la transferencia de calor es eficiente debido a la gran superficie de intercambio de calor.
Se puede usar una velocidad lenta del gas debido al material poroso. Por ejemplo, se pueden usar velocidades entre 0,005 y 0,5 m/s. De hecho, en sistemas convencionales, la superficie de intercambio de calor esta limitada a la pared interior del tubo del calentador o a una pequena superficie interior del cuerpo regulador y, por tanto, se ha necesitado un flujo de gas turbulento para mejorar la transferencia de calor al gas. Esto ha necesitado las altas velocidades de gas usadas previamente. Lo que representa un marcado contraste con la invencion presente.
Ademas, en la invencion presente se usa un intercambiador de calor que aumenta la superficie de intercambio de calor experimentada por el gas que pasa a traves del calentador, por lo que la longitud del calentador puede ser sustancialmente reducida en comparacion con los calentadores de tubo convencionales. Por tanto, es mas facil y menos perturbador construir dicho calentador en llnea en un sistema de suministro de gas.
En un ejemplo de una realizacion de la invencion presente, se proporciona un calentador de gas, el calentador comprende: una camisa adecuada para contener un flujo de gas a alta presion; un intercambiador de calor poroso dispuesto para llenar sustancialmente la camisa; y, un deflector de calor dispuesto dentro del intercambiador de calor para proporcionar medios para transferir calor desde una fuente de calor al intercambiador de calor. El deflector de calor puede tener cualquier forma y/o configuration adecuada segun se describe en detalle en esta memoria. Por ejemplo, puede ser de forma espiral con un orificio central opcional para recibir un elemento de calentamiento. En todos los casos, el intercambiador de calor poroso esta dispuesto para llenar todos los espacios dentro de la camisa no ocupados por el deflector de calor. Los materiales usados en el calentador que incluye el intercambiador de calor poroso, la camisa y el deflector de calor pueden ser segun se describe en detalle en este documento.
A continuacion se describen en detalle ejemplos de realizaciones de la invencion presente haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
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La Figura 1A es una representacion esquematica de un ejemplo de un sistema de suministro de gas;
La Figura 1B es una representacion esquematica de otro ejemplo de un sistema de suministro de gas;
La Figura 2 muestra un corte transversal longitudinal a traves de un calentador de gas segun la tecnica anterior.
Las Figuras 3A a 3I muestran ejemplos de camisas termicas adecuadas para ser usadas en el calentador de gas de la Figura 2;
La Figura 4 muestra una representacion esquematica de un corte transversal a traves de un ejemplo adicional de una realization de la invention presente;
La Figura 5 muestra una representacion esquematica de un corte transversal a traves de un ejemplo adicional de una realizacion de la invencion presente;
La Figura 6 muestra una representacion esquematica de un inserto para un calentador de gas;
La Figura 7 muestra una representacion esquematica de un corte transversal a traves de un calentador de gas segun un ejemplo de una realizacion de la invencion presente;
La Figura 8 muestra una representacion esquematica de un corte transversal a traves de un calentador de gas segun un ejemplo de una realizacion de la invencion presente;
Las Figuras 9A a 9D muestran representaciones esquematicas de cortes transversales a traves de una parte de un calentador de gas segun los ejemplos de una realizacion de la invencion presente; y,
La Figura 10 muestra la variation en la temperatura de un gas conforme pasa a traves de un sistema de suministro de gas de la Figura 1A o 1B con las diferentes disposiciones de calentamiento usadas.
La Figura 1A es una representacion esquematica de un sistema de suministro de gas segun un ejemplo de una realizacion de la invencion presente. El sistema de suministro de gas comprende un cilindro de gas a alta presion 2 conectado a un regulador de presion 4 a traves de un calentador 6 de gas de flujo pasante. El tubo 8 ha sido dispuesto para proporcionar un conducto para el gas del cilindro al calentador 6. El tubo 10 esta dispuesto para proporcionar un conducto para el gas desde el calentador 6 al regulador de presion 4. Hay dispuesta una valvula 7 controlable para permitir el control del flujo de gas desde el cilindro 2 al calentador 6.
La Figura 1B es una representacion esquematica de un sistema de suministro de gas segun otro ejemplo de una realizacion de la invencion presente. En este ejemplo, los componentes equivalentes a los del sistema de la Figura 1A estan numerados con los mismos numeros de referencia. Ademas, hay dispuesto un colector 5 para recibir gas a alta presion desde uno o mas de los cilindros 2 dentro de los paquetes de cilindros 3. En el ejemplo especlfico mostrado, hay dispuesta una valvula de corte 9 aguas abajo del colector 5.
A continuation se describe en detalle un ejemplo de un calentador 6 adecuado para ser usado en los sistemas de las Figuras 1A y 1B con referencia a la Figura 2.
La Figura 2 muestra una section transversal longitudinal a traves de un calentador de gas adecuado para ser usado en el sistema de suministro de gas de la Figura 1. El calentador de gas tiene una camisa de alta presion 12 en la que esta dispuesto un intercambiador de calor poroso 14, es decir, una matriz porosa conductora de calor que funciona como medio de relleno para llenar el calentador y proporcionar una gran area superficial de intercambio de calor para el gas que pasa por el calentador. Hay dispuesta ademas una fuente de calor (no mostrada) para proporcionar calor al gas que pasa a traves del calentador 6. En el ejemplo mostrado, la camisa termica tiene una entrada 16 y una salida 18 dispuestas para permitir que el gas a alta presion fluya hacia y fuera del calentador 6, respectivamente.
En el uso, una fuente de calor (que se describe con mas detalle a continuacion) sirve para calentar la camisa 12 y de este modo proporcionar calor al medio de relleno 14. El material del que esta hecho el medio de relleno es seleccionado para que sea conductor del calor de manera que cuando la camisa 12 se calienta, el calor es transferido por conduction desde la camisa 12 al medio de relleno 14.
El medio de relleno 14 es seleccionado de manera que presenta una superficie de intercambio de calor al gas que pasa a traves del calentador que es mayor que la que experimentarla el gas que pasa a traves del calentador si el medio de relleno no estuviera alll. En un ejemplo preferido, se proporciona un material poroso conductivo como medio de relleno. Esto cumple una serie de funciones. Ademas de aumentar la superficie de intercambio de calor expuesta al gas que pasa a traves del calentador 6, ralentiza el gas segun pasa a traves del calentador 6, aumentando as! el tiempo de residencia del gas en el calentador 6. Por consiguiente, en contraste con calentadores de gas de flujo pasante convencionales en los que el gas fluye rapidamente y solo esta expuesto a una superficie interior calentada cillndrica como superficie de intercambio de calor, en el ejemplo mostrado en la Figura 2, la superficie de intercambio de calor es significativamente mayor debido a la naturaleza porosa del medio de relleno 14 y as! la velocidad del gas a traves del calentador 6 puede ser mucho menor, por ejemplo, entre aproximadamente 0,005 y aproximadamente 0,5 m/s.
Los materiales porosos usados como intercambiador de calor pueden servir para establecer capas de flujo de gas, es decir un flujo laminar de gas, a traves del calentador que proporciona buenas condiciones para la transferencia de calor al gas.
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El medio de relleno 14 esta rodeado por la camisa 12. Cuando la camisa es calentada, resultara evidente que se proporciona calor al gas que fluye a traves del calentador a lo largo de toda la longitud del calentador, es decir, la longitud de la camisa. En otras palabras, la distancia entre un flujo de gas a traves del calentador y una superficie de transferencia de calor a traves de la que el intercambiador de calor esta dispuesto para recibir calor es sustancialmente constante en la direccion del flujo de gas a traves del calentador. Esto es deseable ya que significa que el gas puede experimentar un calentamiento uniforme a lo largo de su paso a traves del calentador.
Preferiblemente, la camisa y/o el medio de relleno tienen una seccion transversal circular. Tlpicamente, la seccion transversal del medio de relleno cuando se trata de un material poroso puede ser de hasta aproximadamente 50 mm y preferiblemente entre aproximadamente 14 y aproximadamente 25 mm.
El gas es calentado mientras todavla esta a alta presion y a alta densidad. Por ejemplo, si el gas es Argon a 300 bares, su densidad es de aproximadamente 450 - 550 kg/m3.
La camisa de alta presion 12 esta hecha preferiblemente de un material conductor para permitir que una fuente de calor simple sea usada para proporcionar calor al calentador 6. Un ejemplo incluye un collarln calentado dispuesto axialmente alrededor de la camisa de alta presion 12. A continuacion se describen en detalle ejemplos adicionales.
En un ejemplo preferido, el material poroso usado como medio de relleno 14 es seleccionado del grupo que consiste en cobre, laton, bronce, aluminio, acero, acero inoxidable u otros metales ferrosos o no ferrosos y sus aleaciones. De hecho, se puede usar cualquier material adecuado. Para ser adecuado, un material debe ser conductor del calor para permitir una transferencia eficiente del calor desde la camisa de alta presion 12 al intercambiador de calor 14 y a continuacion al gas cuando pasa a traves del calentador 6.
De manera similar, la camisa de alta presion 12 puede estar hecha de cualquier material que sea adecuadamente conductor del calor y suficientemente fuerte para actuar como un conducto o alojamiento para el gas a alta presion que pasa a traves del calentador. Los ejemplos incluyen, cobre, laton, bronce, aluminio, acero, acero inoxidable y sus aleaciones y otros metales ferrosos y no ferrosos. Ademas, la camisa de alta presion puede ser reforzada tambien con materiales compuestos tales como cristal, aramida, fibra de carbono o cualquier otro material adecuado.
Segun se ha mencionado anteriormente, la camisa de alta presion puede tener cualquier forma o aspecto siempre que pueda alojar un intercambiador de calor que pueda ser usado para presentar una superficie de intercambio de calor al gas que pasa a traves del calentador. Las Figuras 3A a 3I muestran varios ejemplos de camisas termicas adecuadas para ser usadas en el calentador de gas de la Figura 2. En la Figura 3A, la camisa termica 12 es un cilindro circular y se muestra un collar de calentamiento 20 dispuesto axialmente alrededor de la camisa 12.
En cada una de las Figuras 3B y 3D a 3I, hay dispuesto un hueco cillndrico central 22 dentro de la camisa 12. El hueco cillndrico 22 esta destinado a contener un medio de relleno tal como un material poroso conductor del calor que actua como intercambiador de calor. Ademas, en cada una de las Figuras 3B y 3D a 3I, hay dispuestos dos o mas orificios axiales 24 para alojar varillas calefactoras. En el uso, se inserta una varilla calefactora en uno o mas de los orificios 24 de la camisa de alta presion 12. Por tanto, la camisa 12 se calienta y esto permite que tenga lugar la transferencia de calor al medio 14 de relleno.
En el ejemplo mostrado en la Figura 3C, el medio de relleno 26 esta dispuesto alrededor de un elemento de calentamiento central 28. Por tanto, a diferencia de los otros ejemplos mostrados en la Figura 3, se proporciona calor desde el interior del medio de relleno en lugar de desde el exterior.
La Figura 4 muestra una seccion a traves de un calentador de gas segun un ejemplo de una realizacion de la invencion presente. Al igual que el calentador de gas mostrado en la Figura 2, el calentador 6 tiene una camisa de alta presion 12 y un medio de relleno 14 que actua como un intercambiador de calor contenido en su interior. Ademas, hay dispuestas una entrada 16 y una salida 18 para permitir que el gas a alta presion fluya dentro y fuera del calentador, respectivamente.
El calentador 6 tiene tambien una pluralidad de deflectores de flujo 30 dispuestos dentro de la camisa 12. En el ejemplo ilustrado, se muestran cinco deflectores de flujo separados 30, aunque resultara evidente que se puede disponer cualquier numero. En el ejemplo mostrado en la Figura 4, cada deflector de flujo 30 comprende un disco instalado dentro de la camisa 12. Cada uno de los discos 30 tiene uno o mas orificios pasantes 32 para proporcionar un camino y definir una direccion de flujo al gas cuando este pasa a traves del calentador 6. En el ejemplo mostrado, hay dispuesto un orificio pasante en cada disco y los orificios pasantes respectivos 32 de cada uno de los discos 30 estan escalonados de manera que el gas es forzado a seguir un camino tortuoso a traves del intercambiador de calor 14. Por consiguiente, el tiempo de residencia del gas dentro del calentador 6 es aumentado de manera que la eficiencia del calentador aumenta correspondientemente. Se muestra el camino del gas cuando pasa a traves del calentador 6 mediante las flechas 34.
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El deflector de flujo 30 puede tener cualquier forma adecuada para definir un camino tortuoso para el gas que fluye a traves del intercambiador de calor dentro del calentador. Por ejemplo, en lugar de, o ademas de proporcionar orificios pasantes dentro de los discos, los discos pueden estar dispuestos de manera que solo entren en contacto con una parte de la camisa y el gas pueda pasar entre el disco y la camisa donde no hay contacto entre el disco y la camisa.
Preferiblemente, cada deflector de flujo 30 esta hecho de un material conductor del calor para que pueda funcionar como un distribuidor de calor, es decir, conducir el calor desde la camisa 12 al interior del intercambiador de calor 14. Esto aumenta la naturaleza uniforme de la distribucion del calor dentro del medio de relleno 14.
La Figura 5 muestra una seccion a traves de un calentador de gas de flujo pasante 6 segun un ejemplo adicional de una realizacion de la invention presente. Al igual que el calentador 6 en cada una de las Figuras 2 y 4, el calentador 6 de la Figura 5 comprende una camisa 12 que define un alojamiento que tiene una entrada 16 y una salida 18 para permitir el paso de gas a alta presion a traves del calentador 6. El deflector de flujo 30 esta hecho preferiblemente de un material solido conductor del calor. En el ejemplo mostrado en la Figura 5, el deflector de flujo es un elemento metalico espiral contenido dentro de la camisa 12. El medio 14 de relleno poroso esta provisto en los espacios entre las vueltas en espiral del deflector de calor 30. En el ejemplo mostrado en la Figura 5, se proporciona calor a la camisa 12 por medio de una fuente de calor (no mostrada).
En el uso, el gas a alta presion entra en el calentador 6 a traves de la entrada 16 y es dirigido por el deflector de flujo 30 a traves del medio de relleno poroso 14. Las flechas 36 muestra el camino tortuoso que el deflector de flujo 30 obliga al gas a seguir. Resultara evidente que el gas es forzado a tomar un camino relativamente largo a traves del calentador 6. Ademas, debido a la naturaleza porosa del medio de relleno 14, la superficie de transferencia de calor experimentada por el gas cuando pasa desde la entrada 16 a la salida 18 es relativamente grande. Significativamente, es sustancialmente mayor que la superficie de transferencia de calor que experimentarla si no se proporcionara el medio de relleno 14. Las ventajas que este dispositivo confiere se han explicado en detalle anteriormente.
La Figura 6 muestra un ejemplo del deflector de flujo usado por el calentador 6 de la Figura 5. El deflector de flujo 30 tiene una bobina 38 de anchura S1. La separation o paso entre vueltas consecutivas de la bobina 38 es S2. El diametro total del deflector de calor es D2. El deflector de flujo 30 tiene un eje central 40 de anchura D1. Resultara evidente que al variar cualquiera o todas las S1, S2, D1 y D2, se puede cambiar el rendimiento global del calentador.
La Figura 7 muestra un ejemplo adicional de un calentador 6. En este ejemplo, se proporciona un deflector de flujo helicoidal 30 tal como el mostrado y descrito con referencia a la Figura 6 dentro de la camisa 12. En el ejemplo mostrado, el deflector de flujo 30 es conductor del calor y tiene un orificio axial central 42 dentro del que esta dispuesto un elemento calefactor 44. La Figura 8 muestra una vista de otra seccion a traves del calentador de la Figura 7.
Ademas del componente descrito anteriormente con referencia a la Figura 7, el calentador comprende tambien un elemento de bloqueo 46 dispuesto aplicado a la pared interior de la camisa 12. Hay dispuesta una rosca de acoplamiento 48 entre el elemento de bloqueo 46 y la camisa 12 El elemento de bloqueo 46 tiene un orificio pasante 50 dispuesto en el uso para que coincida con una abertura 52 en el extremo derecho del deflector de flujo 30. Esto define un paso para que el gas salga del calentador 6 despues de haber pasado a traves de el. En el ejemplo mostrado, el elemento de bloqueo 46 asegura que el deflector de flujo 30 no sea forzado fuera de la camisa 12 por el efecto del gas a alta presion que esta dispuesto a recibir.
El calentador 44 mostrado en la Figura 8 es un calentador electrico y esta provisto de contactos electricos 54 por medio de los que se puede proporcionar energla al elemento calefactor 44 para que pueda proporcionar calor al calentador 6. Se puede usar cualquier tipo de calentador adecuado.
Segun se menciono anteriormente, el intercambiador de calor esta dispuesto preferiblemente como un medio de relleno 40 tal como un material poroso conductor del calor.
En el uso, la energla termica procedente de una fuente de calor es transferida desde la camisa 12 al intercambiador de calor poroso a traves de una superficie de contacto cillndrica. Cuando ha sido instalado un deflector de flujo conductor del calor, se consigue tambien la transferencia de calor al intercambiador de calor a traves del deflector de flujo as! como a traves de la superficie de contacto cillndrica.
Tlpicamente, el material poroso se proporciona como un material sinterizado o prensado. El material poroso esta hecho de una pluralidad de granos del material poroso conductivo que puede tener cualquiera de una serie de formas deseadas. Las Figuras 9A a 9D muestran una serie de ejemplos de una seccion del contacto entre el intercambiador de calor poroso y la camisa del calentador. Resultara evidente que hay formados puentes conductores entre partlculas individuales que permiten que el calor sea transferido por conduction desde la camisa 12 al interior del material poroso 14.
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La Figura 9A muestra una situacion en la que el intercambiador de calor poroso ha sido ajustado dentro de la camisa 12. En otras palabras, ha sido holgadamente situado dentro de la camisa 12.
En la Figura 9B, el material poroso 14 ha sido dispuesto con un ajuste de interferencia con la camisa 12. En otras palabras, ha sido forzado dentro de una camisa 12 con una fuerza considerable. Esto causa una mejora del contacto entre las partlculas del material poroso 14 y la camisa 12.
En el ejemplo de la Figura 9C, antes del montaje en la camisa 12, la superficie del material poroso 14 es tratada mecanicamente. En otras palabras, es mecanizada causando una deformacion de los granos y una superficie cillndrica consecuente del material poroso. La superficie del material poroso esta preferiblemente cerrada de manera que se consigue un contacto mejorado entre el material poroso 14 y la camisa 12.
Por ultimo, con referencia a la Figura 9D, en este caso, el material poroso 14 ha sido apretado por medio de un anillo de calibracion para asegurar que tenga un tamano definido con precision. Esto causa cierta deformacion de las partlculas del material poroso que entran en contacto con el anillo de calibracion conforme es impulsado a traves, por lo que se consigue un buen ajuste y un buen acoplamiento conductivo con la camisa 12.
El contacto punto a punto entre las partlculas individuales del material poroso actua como una restriccion para la conduccion de calor a traves del material sinterizado/poroso. En vista de la conveniencia de mantener un tamano pequeno para la unidad, los deflectores de flujo de conduccion de calor descritos anteriormente sirven para aumentar la conduccion de calor desde la camisa 12 hasta dentro del calentador 6.
En conjunto, el gas que fluye a traves del calentador es calentado con alta eficiencia debido a la superficie de transferencia de calor de tamano sustancial proporcionada por el intercambiador de calor. Ademas, si se usa un deflector de calor, se puede mejorar la transferencia de calor al intercambiador de calor y se puede controlar el camino del gas que fluye a traves del calentador para prolongar el tiempo de residencia del gas dentro del calentador 6.
El deflector de flujo esta dispuesto para que pueda desviar el flujo de gas dentro del calentador 6. Sin embargo, Debe apreciarse que el flujo de gas a traves del calentador es tal que en todo momento durante el flujo de gas, la distancia entre el flujo de gas y una superficie de transferencia de calor a traves de la que el intercambiador de calor esta dispuesto para recibir calor, permanece de preferencia sustancialmente constante.
La diferencia de temperaturas maximas entre la superficie de intercambio de calor del intercambiador de calor y el gas que fluye a traves del calentador esta limitada por el hecho de que es deseable mantener la temperatura de la superficie exterior del calentador 6 o de la camisa 12 o las conexiones al calentador o a la camisa a una temperatura segura, es decir, a una temperatura a la que el usuario no se quema si la mano del usuario hace contacto involuntario con el calentador o con la camisa. En el caso en el que se usa un deflector de calor en espiral con un cartucho de calor interno (segun se muestra en las Figuras 7 y 8), esta diferencia puede ser mayor. Esto se debe a que, en el uso, existe un gradiente de temperaturas entre la fuente de calor y parte del calentador mas alejado de la fuente de calor. Si la fuente de calor esta dispuesta interiormente respecto a la camisa 12, el gradiente de temperaturas es tal que la parte exterior de la camisa 12 esta mas frla que la fuente de calor. Por tanto, la fuente de calor puede estar mas caliente si esta dispuesta sustancialmente a lo largo de un eje longitudinal central del calentador 6. Por tanto, la eficacia del calentador por unidad de longitud del calentador mejora.
Se puede usar cualquier fuente de calor adecuada para el calentador y se puede disponer enterizamente dentro del calentador y/o ser dispuesta como una parte intercambiable o extralble. Se prefiere usar un cartucho de resistencia electrica en la camisa de calentador solido segun se describio anteriormente con referencia a las Figuras 3A a 3I o dentro de un nucleo central de un deflector de flujo 30 conductor del calor segun se describio anteriormente con referencia a las Figuras 7 y 8. Como alternativa, puede usarse una camisa calefactora, envuelta alrededor de la camisa 12. En el caso de usar un cartucho de resistencia electrica, el cartucho puede tener la longitud total del elemento de intercambio de calor poroso o solo una parte de la longitud de este ultimo. Otras alternativas incluyen el uso de llquido templado o gas, vapor, metal fundido o calor por radiacion. En cada caso, la disposicion del calentador es tal que el calor puede ser aplicado al calentador desde la fuente de calor.
La Figura 10 es un grafico que muestra la variacion de la temperatura de un gas que fluye a traves de un aparato de suministro de gas segun se muestra en cualquiera de las Figuras 1A o 1B. El grafico muestra la variacion de la temperatura del gas para seis disposiciones diferentes de la fuente de calor.
Los ejemplos mostrados por las llneas C, E, F y H muestran ejemplos en los que los cartuchos de resistencia electrica estan insertados en la camisa del calentador segun se describio anteriormente con referencia a las Figuras 3A a 3I.
Las ilneas D y G muestran la situacion en la que la fuente o las fuentes de calor estan apagadas o no. Como puede verse, conforme pasa el tiempo, la temperatura del gas baja por debajo de -55° C debido al efecto Joule-Thomson.
Puede verse que en las situaciones en las que se usan calentadores segun ejemplos de realizaciones de la 5 invencion presente, la temperatura del gas que ha pasado a traves del calentador aumenta significativamente.
Se apreciara que numerosas modificaciones y desviaciones de las realizaciones preferidas descritas anteriormente se les ocurriran a los expertos en la tecnica. Por tanto, se pretende que la invencion presente cubra las modificaciones y variaciones de la invencion, siempre que entren dentro del alcance de las reivindicaciones 10 adjuntas.

Claims (12)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un calentador de gas (6) para conectar a una fuente de calor y a una fuente de gas a presion, comprendiendo el calentador de gas:
    una camisa (12) que tiene una entrada de gas (16) en un primer extremo de ella y una salida de gas en el segundo extremo de ella y que define una cavidad entre ellas, en la que la camisa (12) comprende un cilindro hecho de un material conductor del calor;
    un intercambiador de calor poroso (14) que se extiende dentro de dicha cavidad, desde dicha entrada a dicha salida; y medios para proporcionar calor a dicho intercambiador de calor a lo largo de su longitud; en el que el intercambiador de calor esta en comunicacion conductiva con la camisa para permitir la transferencia de calor desde la camisa al intercambiador de calor, caracterizado por que el calentador comprende un deflector de flujo (30) dispuesto dentro de la camisa, estando el deflector de flujo (30) dispuesto en el uso para dirigir el gas a lo largo de un camino tortuoso a traves del intercambiador de calor desde el primer extremo de la camisa hasta el segundo extremo de esta, en donde el deflector de flujo comprende un disco o una rosca en espiral.
  2. 2. Un calentador de gas segun la reivindicacion 1, en donde el intercambiador de calor esta dispuesto para llenar sustancialmente la camisa (12)
  3. 3. Un calentador de gas segun la reivindicacion 2, en donde el intercambiador de calor poroso (14) esta hecho de un material seleccionado del grupo que consiste en cobre, laton, bronce, aluminio, acero, acero inoxidable u otros metales ferrosos y no ferrosos y sus aleaciones.
  4. 4. Un calentador de gas segun la reivindicacion 3, en donde el intercambiador de calor poroso esta formado por granos de un material poroso conductivo, siendo los granos de una o mas formas esferica, ovoide, poliedrica o similar a una placa.
  5. 5. Un calentador de gas segun la reivindicacion 4, en donde los granos del material poroso estan unidos entre si por uno o ambos metodos de prensado y de sinterizacion.
  6. 6. Un calentador de gas segun la reivindicacion 1, en donde la camisa esta hecha de un material conductor del calor seleccionado del grupo formado por cobre, laton, bronce, aluminio, acero, acero inoxidable y sus aleaciones y otros metales ferrosos y no ferrosos, en los que la camisa esta reforzada con material compuesto.
  7. 7. Un calentador de gas segun la reivindicacion 1, en donde el deflector de flujo es conductor del calor.
  8. 8. Un calentador de gas segun la reivindicacion 1, en donde, cuando se proporciona un deflector de flujo de rosca en espiral, el deflector de rosca en espiral comprende un orificio axial sustancialmente central (40) para recibir una fuente de calor.
  9. 9. Un calentador segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, comprendiendo una fuente de calor para proporcionar calor al calentador.
  10. 10. Un aparato de suministro de gas para conectar a una fuente de gas a presion, comprendiendo el aparato de suministro de gas:
    un calentador de gas; y,
    un regulador de presion que tiene una entrada conectada a una salida del calentador de gas, en donde el regulador de presion esta dispuesto para recibir gas calentado del calentador de gas y regular la presion del gas, en donde el calentador de gas esta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
  11. 11. Un aparato de suministro de gas segun la reivindicacion 10, comprendiendo una o mas fuentes de gas a presion conectadas a el.
  12. 12. Un metodo para proporcionar gas desde una fuente a presion, comprendiendo el metodo:
    alimentar el gas desde una fuente a presion a un calentador de gas;
    alimentar el gas desde el calentador a un regulador de presion para regular su presion, en donde el calentador de gas es un calentador de gas segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
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