ES2886339T3

ES2886339T3 - Intercambiador de calor espiral

Info

Publication number: ES2886339T3
Application number: ES20169807T
Authority: ES
Inventors: Manfred Gruber
Original assignee: Att Advanced Thermal Tech GmbH
Current assignee: Att Advanced Thermal Tech GmbH
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2020-04-16
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2040-04-16
Also published as: AT522500B1; EP3731596A2; EP3731596A3; EP3731596B1; AT522500A1

Abstract

Dispositivo para el calentamiento de un fluido por medio de energía eléctrica, donde está prevista una carcasa cilíndrica (2) con una entrada (3) y una salida (5) para el fluido, y la entrada (3) está conectada con la salida (5) a través de un canal de flujo (1) que discurre dentro de la carcasa (2) para el fluido, que presenta una sección de canal de flujo espiral que se enrolla hacia dentro (1b) alrededor del eje cilíndrico de la carcasa (2) con distancia decreciente respecto al eje de cilindro, que se forma por una pared dispuesta perpendicularmente entre una placa cobertora (2D) y una placa de fondo (2B) de la carcasa (2), que está provista con un elemento calefactor eléctrico (4) realizado como elemento calefactor (4) en forma de banda para el calentamiento del fluido que fluye, caracterizado porque la pared forma adicionalmente una sección de canal de flujo espiral que se enrolla hacia fuera (1a) alrededor del eje cilíndrico de la carcasa (2) con distancia creciente respecto al eje de cilindro, donde la pared delimita, en una zona central del interior de la carcasa, una zona final que termina la sección de canal de flujo que se enrolla hacia dentro (1b), zona final que desemboca en la salida (5), así como delimita una zona final que termina la sección de canal de flujo que se enrolla hacia fuera (1a), zona final en la que desemboca la entrada (3), y la sección de canal de flujo que se enrolla hacia fuera (1a) desemboca en una sección de canal de flujo que se enrolla hacia dentro (1b) en una sección de la pared más cercana a la pared interior de la carcasa a través de una zona de inversión formada por un extremo libre de la pared, donde la pared se forma por el elemento calefactor (4) realizado en forma de banda, que está provisto con elementos de resistencia PTC, y está realizada como superficie límite entre la sección de canal de flujo que se enrolla hacia fuera (1a) y la sección de canal de flujo que se enrolla hacia dentro (1b).

Description

DESCRIPCIÓN

Intercambiador de calor espiral

La invención se refiere a un dispositivo para el calentamiento de un fluido por medio de energía eléctrica, donde está prevista una carcasa cilíndrica con una entrada y una salida para el fluido, y la entrada está conectada con la salida a través de un canal de flujo que discurre dentro de la carcasa para el fluido, que presenta una sección de canal de flujo espiral que se enrolla hacia dentro alrededor del eje cilíndrico de la carcasa con distancia decreciente respecto al eje de cilindro, que se forma por una pared dispuesta perpendicularmente entre una placa cobertora y una placa de fondo de la carcasa, que está provista con un elemento calefactor eléctrico realizado como elemento calefactor en forma de banda para el calentamiento del fluido que fluye, según el preámbulo de la reivindicación 1.

Dispositivos del tipo mencionado se conocen, por ejemplo, por el documento CH 101971 A. En este caso, el líquido que afluye a través de la entrada central se conduce a la periferia de un canal de flujo espiral que se enrolla hacia dentro, que suministra el líquido a calentar al interior del dispositivo, donde un elemento de resistencia en forma de banda está fijado en las secciones de espira más interiores del canal de flujo espiral y calienta el líquido. El canal de flujo espiral desemboca finalmente en una salida central, a través de la que el líquido calentado abandona el dispositivo. La desventaja de tales dispositivos consiste, por un lado, en el bajo rendimiento del dispositivo y, por otro lado, en la falta de seguridad de funcionamiento. Si la energía térmica formada por el elemento de resistencia no se evacúa suficientemente por el líquido que fluye, se produce un calentamiento del elemento de resistencia que puede conducir a la destrucción del elemento calefactor. Por ello, se debe garantizar, por ejemplo, que el elemento calefactor solo esté conectado cuando fluye el líquido, lo que es correspondientemente costoso en términos de tecnología de regulación.

Por el documento EP 104673 A2 se conoce un dispositivo calefactor para líquidos limpiaparabrisas, en el que el líquido limpiaparabrisas se conduce a un canal de flujo espiral que se enrolla hacia dentro. El canal de flujo está provisto de una placa cobertora y una placa de fondo, que presentan un elemento calefactor provisto de elementos de resistencia PTC, que se regula por un termostato. A este respecto, los elementos de resistencia representan una resistencia eléctrica, en la que una corriente se convierte en calor. Los elementos de resistencia PTC, que también se designan como conductor frío, disponen a este respecto de la propiedad de una resistencia eléctrica creciente con temperatura ascendente. En el documento EP 104673 A2 se usan los elementos de resistencia PTC para un calentamiento rápido en segundos del líquido limpiaparabrisas, donde se regulan a una temperatura más elevada que aquella del líquido limpiaparabrisas.

El documento DE 19837923 C1 describe un dispositivo para la esterilización de líquidos, en el que el líquido a esterilizar se conduce a un canal de flujo espiral que se enrolla hacia dentro, que suministra el líquido a esterilizar al interior del dispositivo, donde está dispuesto un elemento calefactor eléctrico que calienta el líquido. El líquido calentado y por tanto esterilizado se refrigera a continuación de nuevo a través de un canal de flujo que se enrolla hacia fuera y se entrega como líquido refrigerado, esterilizado.

El documento DE 29618194 U1 describe un intercambiador de calor espiral, en el que un primer líquido se conduce a un canal de flujo espiral que se enrosca hacia dentro, que desemboca en una salida central a través de la que el primer líquido abandona el dispositivo. Además, un segundo líquido se conduce a un canal de flujo espiral que se enrolla hacia fuera, que desemboca en una salida a través de la que el segundo líquido abandona el dispositivo. A este respecto, la energía térmica del primer líquido se le puede transferir al segundo líquido. Por consiguiente, se trata de un intercambiador de calor para la transferencia de energía térmica. A este respecto no está previsto un elemento calefactor eléctrico para el calentamiento de un líquido.

El documento KR 100762010 B1 muestra una estera calefactora con un líquido calentado de forma inductiva, que se conduce a un canal que discurre en forma espiral en la estera calefactora, cuya entrada y salida finalizan en el dispositivo calefactor inductivo.

Por consiguiente, el objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo para el calentamiento de un fluido por medio de energía eléctrica, que presenta un modo constructivo compacto y permite no solo un calentamiento rápido del fluido, sino que también se puede hacer funcionar con un rendimiento más alto en comparación a los dispositivos conocidos. Además, se debe garantizar una alta seguridad de funcionamiento.

Estos objetivos se logran con las características de la reivindicación 1. La reivindicación 1 se refiere a un dispositivo para el calentamiento de un fluido por medio de energía eléctrica, donde está prevista una carcasa cilíndrica con una entrada y una salida para el fluido, y la entrada está conectada con la salida a través de un canal de flujo que discurre dentro de la carcasa para el fluido, que presenta una sección de canal de flujo espiral que se enrolla hacia dentro alrededor del eje cilíndrico de la carcasa con distancia decreciente respecto al eje de cilindro, que se forma por una pared dispuesta perpendicularmente entre una placa cobertora y una placa de fondo de la carcasa, que está provista con un elemento calefactor eléctrico realizado como elemento calefactor en forma de banda para el calentamiento del fluido que fluye. En este caso, según la invención se propone que la pared forme adicionalmente una sección de canal de flujo espiral que se enrolla hacia fuera alrededor del eje cilíndrico de la carcasa con distancia creciente respecto al eje de cilindro, donde la pared delimita, en una zona central del interior de la carcasa, una zona final que termina la sección de canal de flujo que se enrolla hacia dentro, zona final que desemboca en la salida, así como delimita una zona final que termina la sección de canal de flujo que se enrolla hacia fuera, zona final en la que desemboca la entrada, y la sección de canal de flujo que se enrolla hacia fuera desemboca en una sección de canal de flujo que se enrolla hacia dentro en una sección de la pared más cercana a la pared interior de la carcasa a través de una zona de inversión formada por un extremo libre de la pared, donde la pared se forma por el elemento calefactor realizado en forma de banda, que está provisto con elementos de resistencia PTC, y está realizada como superficie límite entre la sección de canal de flujo que se enrolla hacia fuera y la sección de canal de flujo que se enrolla hacia dentro.

El líquido a calentar se le suministra al dispositivo según la invención a través de la entrada, que desemboca en la zona final de la sección de canal de flujo que se enrolla hacia fuera. El líquido fluye por tanto de la zona central de la carcasa a las zonas periféricas del interior de la carcasa, donde se calienta gracias a una superficie del elemento calefactor en forma de banda, que está dirigida hacia esta sección de canal de flujo que se enrolla hacia fuera y que forma la pared de esta sección de canal de flujo. La sección de canal de flujo que se enrolla hacia fuera desemboca en una sección de la pared más cercana a la pared interior de la carcasa a través de una zona de inversión formada por un extremo libre de la pared a la sección de canal de flujo que se enrolla hacia dentro. El líquido fluye por consiguiente de vuelta de las zonas periféricas del interior de la carcasa de nuevo a la zona central de la carcasa, donde se sigue calentando gracias a la superficie del mismo elemento calefactor en forma de banda que se dirige hacia la sección de canal de flujo que se enrolla hacia dentro. La sección de canal de flujo que se enrolla hacia dentro finaliza en la zona central de la carcasa finalmente en una zona final que desemboca en la salida. Dado que la pared formada por el elemento calefactor en forma de banda está realizada como superficie límite entre la sección de canal de flujo que se enrolla hacia dentro y la sección de canal de flujo que se enrolla hacia fuera, el líquido fluye alrededor de ambas superficies del mismo elemento calefactor. A este respecto es máxima la diferencia de temperatura del líquido introducido en la zona central a través de la entrada y del líquido derivado a través de la salida, que se sitúa igualmente en la zona central. Por consiguiente, también es máxima la diferencia de temperatura del líquido que fluye en ambos lados del elemento calefactor, y a saber en aquella sección del elemento calefactor que está dispuesto en la zona central de la carcasa. En las zonas periféricas de las secciones de canal que se enrollan hacia dentro y hacia fuera es mínima por el contrario la diferencia de temperatura del líquido que fluye en ambos lados del elemento calefactor. El valor medio de la temperatura presente en ambos lados del elemento calefactor es por el contrario aproximadamente constante a lo largo de todo el desarrollo del elemento calefactor. Así, a lo largo de toda la longitud del elemento calefactor en forma de banda se asegura que la temperatura sea aproximadamente constante dentro del elemento calefactor provisto con elementos de resistencia PTC y la resistencia óhmica interior de los elementos de resistencia PTC por unidad de longitud es aproximadamente constante a lo largo de la longitud, lo que asegura una entrega de potencia eléctrica uniforme en referencia a la característica de la resistencia PTC dependiente de la temperatura. En la zona de inversión en el extremo libre de la pared, la temperatura del fluido alcanza aproximadamente la mitad del aumento de temperatura deseado entre la temperatura de entrada y de salida. Además, para un rendimiento óptimo, la potencia calefactora entregada por el elemento calefactor a lo largo del recorrido de flujo de la entrada hasta la zona de inversión se corresponde con la mitad de la potencia calefactora prevista para todo el recorrido de flujo de la entrada hasta la salida. Dado que el valor medio de temperatura alcanzado por el fluido es constante en cada punto del elemento calefactor, se elimina el efecto indeseado de una reducción de la potencia calefactora gracias a la característica PTC, por lo que la posible potencia calorífica del dispositivo se puede elevar dramáticamente en un espacio constructivo dado y se optimiza el rendimiento. Además, el interior de la carcasa se aprovecha de manera ideal debido a la superficie calentada maximizada y se optimiza la transferencia de calor al fluido que fluye a través. De esta manera se posibilitan realizaciones constructivas compactas.

Una realización constructiva concreta prevé, por ejemplo, que elemento calefactor realizado en forma de banda en una primera sección final atraviese la envolvente de carcasa a través de una zona de fijación estanca a fluidos, en forma de hendidura y forme un primer extremo del elemento calefactor que presenta conexiones eléctricas y dispuesto fuera de la carcasa, y en una segunda sección final forme el extremo libre de la pared dispuesto dentro de la carcasa. La estanqueidad se puede asegurar, por ejemplo, mediante el vertido en la zona de fijación de una masa de relleno o adhesivo.

El elemento calefactor realizado en forma de banda puede estar fijado además con sus lados longitudinales en las ranuras de la placa cobertora y la placa de fondo de la carcasa.

Para el aumento de la estabilidad estructural del dispositivo, en particular en la zona de inversión se propone en particular que el extremo libre, dispuesto dentro de la carcasa, del elemento calefactor realizado en forma de banda esté provisto con una barra de estabilización, que está fijada en la placa cobertora y la placa de fondo de la carcasa.

El elemento calefactor se compone de manera conocida en sí de un sustrato en forma de banda (preferentemente de plástico), una capa de distribución de calor de metal, electrodos y una capa calefactora de elementos de resistencia PTC, por ejemplo, pastas de carbono o capas de cerámica, que actúan como resistencia óhmica y se aplican en el procedimiento de serigrafía. El elemento calefactor puede estar aislado hacia fuera mediante una lámina cobertora dieléctrica. Según se ha expuesto ya, el material PTC de los elementos de resistencia PTC se destaca por una curva característica fuertemente no lineal, en tanto que la resistencia eléctrica del material aumenta con temperatura ascendente (provocado por el funcionamiento o calentamiento pasivo) y el material se vuelve finalmente de alta resistencia a la temperatura de regulación específica al material. De este modo, la potencia calorífica eléctrica disminuye y por consiguiente no se produce un calentamiento adicional. Esto es válido también para inhomogeneidades térmicas locales, como p. ej. inclusiones de aire en el fluido. De este modo, el elemento calefactor usado se autorregula y no se puede sobrecalentar. Simultáneamente, el material PCT de los elementos de resistencia PCT posibilita un calentamiento especialmente rápido en comparación a los materiales de resistencia convencionales.

Para formas de realización semejantes se propone que el elemento calefactor en forma de banda esté realizado como lámina calefactora que está plegada para la formación de la pared alrededor de su eje longitudinal, así como alrededor de su eje transversal. Mediante el pliegue alrededor del eje longitudinal se consigue que la capa de distribución de calor dispuesta en un lado se sitúe ahora exteriormente en ambos lados del elemento calefactor y esté dirigida hacia la respectiva sección de canal de flujo. Además, el sustrato de la lámina calefactora forma una capa separadora entre las capas eléctricamente conductoras en forma de electrodos y la capa calefactora y el fluido, por lo que se reduce el peligro de cortocircuitos. Mediante el pliegue en la dirección transversal, los lados frontales llegan a descansar a lo largo de los dos lados de anchura de la lámina calefactora en el mismo lado, que se puede disponer ahora fuerza de la carcasa. Por consiguiente, no hay aristas de corte de la lámina calefactora, que se expondrían al fluido, de modo que de nuevo se previene un cortocircuito.

Finalmente, se propone que la entrada y la salida estén dispuestas en lados diferentes de la carcasa. Este dispositivo facilita acoplar varios dispositivos en serie, para obtener de esta manera en conjunto una mayor potencia calefactora. Para calentar un mayor volumen de fluido, también se pueden disponer varios dispositivos en paralelo.

A continuación, la invención se explicará en mayor detalle mediante ejemplos de realización con ayuda de los dibujos adjuntos. En este caso muestran la

Fig. 1 una vista en sección a través de una forma de realización de un dispositivo según la invención,

Fig. 2 una vista en perspectiva de la forma de realización de un dispositivo según la invención según la fig. 1 con placa de fondo y elemento calefactor insertado, pero sin placa cobertora ni envolvente de carcasa,

Fig. 3 una vista en perspectiva de la forma de realización de un dispositivo según la invención según la fig. 1 con placa de fondo y elemento calefactor insertado y envolvente de carcasa, pero sin placa cobertora,

Fig. 4 una vista en perspectiva de la forma de realización de un dispositivo según la invención según la fig. 1 con placa de fondo, placa cobertora y envolvente de carcasa, así como con elemento calefactor insertado,

Fig. 5 una vista esquemática para una estructura posible del elemento calefactor en forma de banda, y la Fig. 6 una vista esquemática para la explicación del pliegue y el eje longitudinal, así como el eje transversal del elemento calefactor.

En primer lugar se hace referencia a la fig. 1, para explicar el desarrollo de las secciones de canal de flujo 1a, 1b dentro de una carcasa 2 del dispositivo. El líquido a calentar se suministra a través de una entrada 3 dispuesta en la zona central del interior de la carcasa, que desemboca en la zona final de una sección de canal de flujo que se enrolla hacia fuera 1a. El líquido fluye por tanto de la zona central de la carcasa 2 a las zonas periféricas del interior de la carcasa, donde se calienta gracias a una superficie del elemento calefactor 4 en forma de banda, que está dirigida hacia la sección de canal de flujo que se enrolla hacia fuera 1a y que forma la pared de esta sección de canal de flujo 1a. La sección de canal de flujo que se enrolla hacia fuera 1a desemboca en una sección de la pared más cercana a la pared interior de la carcasa a través de una zona de inversión formada por un extremo libre del elemento calefactor 4 en forma de banda en la sección de canal de flujo que se enrolla hacia dentro 1b. El líquido fluye por consiguiente de vuelta de las zonas periféricas del interior de la carcasa de nuevo a la zona central de la carcasa 2, donde se sigue calentando gracias a la superficie del mismo elemento calefactor 4 en forma de banda que se dirige hacia la sección de canal de flujo que se enrolla hacia dentro 1 b. La sección de canal de flujo que se enrolla hacia dentro 1 b finaliza en la zona central de la carcasa 2 finalmente en una zona final, que desemboca en la salida 5 (dibujada a trazos en la fig.

1 para la mejor comprensión). Dado que la pared formada por el elemento calefactor 4 en forma de banda está realizada como superficie límite entre la sección de canal de flujo que se enrolla hacia fuera 1a y la sección de canal de flujo que se enrolla hacia dentro 1b, el líquido fluye alrededor de ambas superficies del mismo elemento calefactor 4.

Por consiguiente, el camino de flujo mostrado conduce hacia fuera el fluido frío que entra de forma central a través de la entrada 3 a lo largo de la primera sección de canal de flujo 1 a formada mediante el elemento calefactor 4 dispuesto en forma espiral y la formada por el elemento calefactor 4, donde se invierte y de nuevo fluye hacia dentro a lo largo de una segunda sección de canal de flujo 1 b que discurre entre las vías atravesadas en primer lugar y de nuevo sale de la carcasa 2 a través de la salida 5. Dado que la pared se forma por el elemento calefactor 4, a este respecto, el fluido se calienta cuando el elemento calefactor 4 está conectado y así entrega su calor al fluido. El efecto PTC de los elementos de resistencia PTC del elemento calefactor 4 provocaría en sí que en las zonas exteriores del elemento calefactor 4 dispuesto en forma espiral asciende la resistencia eléctrica del elemento calefactor 4 gracias a la temperatura más alta del fluido y disminuye la potencia calefactora, lo que está en oposición al objetivo del calentamiento más intenso posible del fluido que fluye a través de la carcasa 2 a lo largo de todo el camino de flujo. El canal de flujo 1 propuesto según la invención posibilita ahora de manera ventajosa que en ambos lados del elemento calefactor 4 dispuesto en forma espiral en cada punto se encuentren fluidos con temperaturas cuyo promedio es constante respectivamente. Así, en la zona del punto de afluencia se encuentra el fluido más frío, mientras que en el otro lado del elemento calefactor 4 se encuentra el fluido más caliente, ya que este ya ha atravesado todo el camino de flujo y por ello tiene la máxima potencia calefactora. El promedio de las dos temperaturas se corresponde ampliamente con la temperatura en la zona de inversión del camino de flujo, donde el fluido frío ha atravesado aproximadamente la mitad del camino de flujo y por consiguiente ha absorbido aproximadamente la mitad de la potencia calorífica. Dado que en cada punto del elemento calefactor 4 es constante la temperatura promedio originada por el fluido, el efecto indeseado de una reducción de la potencia calefactora se elimina por el efecto PTC, lo que eleva drásticamente la potencia calorífica posible del dispositivo en un espacio constructivo dado.

Una realización constructiva concreta del dispositivo se explica mediante las figs. 2 a 4. La fig. 2 muestra en primer lugar una vista en perspectiva de una forma de realización del dispositivo según la fig. 1 con placa de fondo 2B y elemento calefactor insertado 4, pero sin placa cobertora 2D ni envolvente de carcasa 2M. El elemento calefactor 4 realizado en forma de banda está fijado con uno de sus dos lados longitudinales en una ranura de la placa de fondo 2B de la carcasa 2 que discurre en forma espiral. Una primera sección final 4.1 del elemento calefactor 4 en forma de banda está dispuesta fuera de la carcasa 2. En esta primera sección final 4.1 se sitúan las conexiones eléctricas del elemento calefactor 4. Además, es visible una abertura en la placa de fondo 2B para una entrada 3. no obstante, la designación de entrada 3 y salida 5 es arbitraria, dado que el dispositivo se puede hacer funcionar en ambas direcciones, de modo que la entrada 3 también puede estar en la placa cobertora 2D y la salida 5 en la placa de fondo 2B. Además, tanto la entrada 3 como también la salida 5 podrían estar dispuestas en la placa de fondo 2B, o tanto la entrada 3 como también la salida 5 en la placa cobertora 2D.

En una segunda sección final 4.2, el elemento calefactor 4 realizado en forma de banda forma un extremo libre de la pared dispuesto dentro de la carcasa 2, que define la zona de inversión entre la sección de canal que se enrolla hacia fuera 1a y la sección de canal que se enrolla hacia dentro 1b. Para el aumento de la estabilidad estructural del dispositivo, en particular en la zona de inversión, el extremo libre, dispuesto dentro de la carcasa 2, del elemento calefactor 4 realizado en forma de banda puede estar provisto con una barra de estabilización, que está fijada en la placa cobertora 2D y la placa de fondo 2B de la carcasa 2.

La fig. 3 muestra una vista en perspectiva de la forma de realización de un dispositivo según la invención según la fig.

1 con placa de fondo 2B, el elemento calefactor insertado 4 y una envolvente de carcasa 2M, pero sin placa cobertora 2D. Además, es visible que el elemento calefactor 4 realizado en forma de banda atraviesa la envolvente de carcasa 2M en su primera sección final 4.1 a través de una zona de fijación 6 estanca a fluidos, en forma de hendidura. La estanqueidad de la zona de fijación 6 se puede asegurar, por ejemplo, mediante el vertido en la zona de fijación 6 de una la masa de relleno o adhesivo.

La fig. 4 muestra una vista en perspectiva de todo el dispositivo según la fig. 1 con placa de fondo 2B, placa cobertora 2D y envolvente de carcasa 2M, así como con elemento calefactor insertado 4, del que en la fig. 4 solo es visible la primera sección final 4.1 dispuesta fuera de la carcasa 2. En la placa de fondo 2B de la carcasa 2 está dispuesta la entrada 3 formada con la ayuda de una admisión tubular. En la placa cobertora 2D de la carcasa 2 está dispuesta la salida 5 formada con la ayuda de una evacuación tubular. La placa de fondo 2B, la placa cobertora 2D, así como la envolvente de carcasa 2M se pueden fabricar respectivamente mediante procedimiento de moldeo por inyección, impresión 3D o mediante fresado. En la forma de realización mostrada de la fig. 4, la entrada 3 y la salida 5 están dispuestas en lados diferentes de la carcasa 2. Esta disposición facilita acoplar en serie varios dispositivos para obtener de esta manera en conjunto una mayor potencia calefactora, donde la salida 5 de un dispositivo está acoplada con la entrada 3 de un dispositivo siguiente. Para calentar un mayor volumen de fluido, además también se podrían disponer en paralelo varios dispositivos, donde las respectivas entradas 3 están conectadas entre sí a través de un suministro común, así como las respectivas salidas 5 a través de una línea de evacuación común.

En base a las figs. 5 y 6 se explica una forma de realización posible del elemento calefactor 4, así como su pliegue para la formación de la pared para las secciones de canal de flujo 1a, 1b. El elemento calefactor 4 se compone de manera conocida en sí de un sustrato 7 en forma de banda (preferentemente de plástico), una capa de distribución de calor 8 de un material metálico, electrodos 9 y una capa calefactora 10 a partir de elementos de resistencia PTC, por ejemplo, pastas de carbono o capas de cerámica, que actúan como resistencia óhmica. Los electrodos 9 pueden estar elaborados, por ejemplo, de una pasta endurecida, en base a plata, que se aplica en forma viscosa por medio de serigrafía con el desarrollo deseado sobre el sustrato 7 y se endurece térmicamente. Los elementos de resistencia PTC de la capa calefactora 10 pueden estar elaborados de una pasta endurecida, en base a carbono, que se designa también como pasta de carbono e igualmente se puede aplicar a temperatura ambiente en forma viscosa por medio de serigrafía en la disposición deseada sobre el sustrato 7 y endurecerse térmicamente. El elemento calefactor 4 puede estar aislado hacia fuera mediante una lámina cobertora dieléctrica 11.

Si en los electrodos 9 se aplica una tensión continua o tensión alterna de, por ejemplo, 230 V a través de las conexiones eléctricas de la primera sección final 4.1, entonces a través de los electrodos fluye una corriente, que se convierte en calor en los elementos de resistencia PTC de la capa calefactora 10, que calienta en primer lugar la capa calefactora 10. De este modo se modifica también la resistencia eléctrica de los elementos de resistencia PTC mediante una curva característica, que muestra, por ejemplo, en el caso de una laca PTC a aproximadamente 130 °C un ascenso marcado. Este ascenso marcado de la curva característica provoca que ya no se produzca un calentamiento adicional por encima de 130 °C. De este modo, el elemento calefactor 4 usado se autorregula y no se puede sobrecalentar. Simultáneamente, los elementos de resistencia PCT posibilitan un calentamiento especialmente rápido en comparación a los materiales de resistencia convencionales. Después de una fase de calentamiento inicial, la potencia calefactora referida a la superficie, promediada sobre toda la superficie del elemento calefactor 4 es de aproximadamente 100 kW/m2. La temperatura de núcleo del elemento calefactor 4 que aparece en la capa cobertora 10 es a este respecto de como máximo 120 °C.

Mediante la fig. 6 se explica como el elemento calefactor 4 en forma de banda, realizado como lámina calefactora se pliega alrededor de su eje longitudinal L, así como alrededor de su eje transversal Q para la formación de la pared. Mediante el pliegue alrededor del eje longitudinal L se consigue que la capa de distribución de calor 8 dispuesta en un lado se sitúa ahora exteriormente en ambos lados del elemento calefactor 4 y esté dirigida hacia la respectiva sección de canal de flujo 1a, 1b. A este respecto, la superficie de un primer lado del elemento calefactor 4 plegado, en forma de banda siempre está dirigida hacia la sección de canal que se enrolla hacia fuera 1a, y la superficie del segundo lado del elemento calefactor 4 plegado, en forma de banda siempre está dirigida hacia la sección de canal de flujo que se enrolla hacia dentro 1b. Además, el sustrato en forma de banda 7 forma una capa separadora entre las capas eléctricamente conductoras en forma de electrodos 9 y la capa calefactora 10 y el fluido, por lo que se reduce el peligro de cortocircuitos. Mediante el pliegue en la dirección transversal Q, los lados frontales llegan a descansar a lo largo de los dos lados de anchura de la lámina calefactora en el mismo lado, que se puede disponer ahora fuerza de la carcasa 2. Por consiguiente, no hay aristas de corte de la lámina calefactora, que se expondrían al fluido, de modo que de nuevo se previene un cortocircuito.

Con la ayuda de la invención se materializa por consiguiente un dispositivo para el calentamiento de un fluido por medio de energía eléctrica, que presenta un modo constructivo compacto y permite no solo un calentamiento rápido del fluido, sino que también se puede hacer funcionar con un rendimiento más alto en comparación a los dispositivos conocidos. Además, se puede garantizar una alta seguridad de funcionamiento.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para el calentamiento de un fluido por medio de energía eléctrica, donde está prevista una carcasa cilindrica (2) con una entrada (3) y una salida (5) para el fluido, y la entrada (3) está conectada con la salida (5) a través de un canal de flujo (1) que discurre dentro de la carcasa (2) para el fluido, que presenta una sección de canal de flujo espiral que se enrolla hacia dentro (1b) alrededor del eje cilíndrico de la carcasa (2) con distancia decreciente respecto al eje de cilindro, que se forma por una pared dispuesta perpendicularmente entre una placa cobertora (2D) y una placa de fondo (2B) de la carcasa (2), que está provista con un elemento calefactor eléctrico (4) realizado como elemento calefactor (4) en forma de banda para el calentamiento del fluido que fluye, caracterizado porque la pared forma adicionalmente una sección de canal de flujo espiral que se enrolla hacia fuera (1a) alrededor del eje cilíndrico de la carcasa (2) con distancia creciente respecto al eje de cilindro, donde la pared delimita, en una zona central del interior de la carcasa, una zona final que termina la sección de canal de flujo que se enrolla hacia dentro (1b), zona final que desemboca en la salida (5), así como delimita una zona final que termina la sección de canal de flujo que se enrolla hacia fuera (1a), zona final en la que desemboca la entrada (3), y la sección de canal de flujo que se enrolla hacia fuera (1a) desemboca en una sección de canal de flujo que se enrolla hacia dentro (1b) en una sección de la pared más cercana a la pared interior de la carcasa a través de una zona de inversión formada por un extremo libre de la pared, donde la pared se forma por el elemento calefactor (4) realizado en forma de banda, que está provisto con elementos de resistencia PTC, y está realizada como superficie límite entre la sección de canal de flujo que se enrolla hacia fuera (1a) y la sección de canal de flujo que se enrolla hacia dentro (1b).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento calefactor (4) realizado en forma de banda en una primera sección final (4.1) atraviesa la envolvente de carcasa (2M) de la carcasa cilíndrica (2) a través de una zona de fijación (6) estanca a fluidos, en forma de hendidura y forma un primer extremo del elemento calefactor (4) que presenta conexiones eléctricas y dispuesto fuera de la carcasa (2), y en una segunda sección final (4.2) forma el extremo libre de la pared dispuesto dentro de la carcasa (2).

3. Dispositivo según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el elemento calefactor (4) realizado en forma de banda está fijado con sus lados longitudinales en ranuras de la placa cobertora (2D) y de la placa de fondo (2B) de la carcasa (2).

4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el extremo libre, dispuesto dentro de la carcasa (2), del elemento calefactor (4) realizado en forma de banda está provisto de una barra de estabilización, que está fijada en la placa cobertora (2D) y la placa de fondo (2B) de la carcasa (2).

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el elemento calefactor (4) en forma de banda está realizado como lámina calefactora, que está plegada alrededor de su eje longitudinal (L) para la formación de la pared.

6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el elemento calefactor (4) en forma de banda está realizado como lámina calefactora, que está plegada alrededor de su eje transversal (Q) para la formación de la pared.

7. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la entrada (3) y la salida (5) están dispuestas en lados diferentes de la carcasa (2).