ES2968624T3 - Calentador eléctrico de flujo de fluido con miembro de soporte de elemento calefactor - Google Patents

Abstract

Un calentador eléctrico para calentar un flujo de un fluido que tiene un bloque de camisa que comprende una pluralidad de orificios longitudinales para permitir el flujo a través de un medio en fase gaseosa. Un elemento calefactor alargado se extiende a través de cada uno de los orificios y se estabiliza posicionalmente con respecto al bloque de camisa mediante al menos un miembro de soporte, opcionalmente en forma de una varilla alargada para inhibir el movimiento axial y/o lateral independiente indeseable del elemento calefactor con respecto a el bloque de la chaqueta. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Calentador eléctrico de flujo de fluido con miembro de soporte de elemento calefactor

Campo de invención

La presente invención se refiere a un calentador eléctrico para calentar un flujo de un fluido y, en particular, aunque no exclusivamente, a un calentador eléctrico que tiene al menos un miembro de soporte para inhibir el movimiento axial y/o lateral de un elemento calefactor que pasa dentro de un bloque de camisa.

Técnica antecedente

Los calentadores eléctricos para calentar gases a altas temperaturas normalmente incluyen un tubo adaptado para el flujo de un gas y un elemento calentador eléctrico colocado dentro del tubo para transferir calor al gas a medida que fluye hacia un primer extremo abierto del tubo, pasado por el hilo y luego fuera del tubo a través de un segundo extremo abierto.

Convencionalmente, se enrollan hilos relativamente finos en una configuración en espiral dentro del tubo de modo que el efecto de calentamiento se logra haciendo pasar corriente a través de los hilos a medida que el gas fluye a través del tubo. En consecuencia, la eficacia de la conversión de la energía eléctrica en calor (a través del hilo calefactor) depende, por ejemplo, de la tensión eléctrica disponible aplicada y de la resistencia del hilo. En consecuencia, la eficacia del calentador eléctrico depende, en parte, de la temperatura máxima que puede alcanzar el hilo, la resistencia al flujo y la superficie disponible para el intercambio de calor. Normalmente, las temperaturas máximas del gas que pueden alcanzarse con calentadores de proceso eléctricos convencionales pueden ser del orden de 700 a 900°C. Sin embargo, cuanto mayor es la temperatura, mayor es la tendencia a la fractura y fallo del hilo.

Los calentadores de flujo eléctricos se conocen por documentos de patente WO2005/006812A1, US1727584A, CN102811514A, DE161527A1 y CN203163236U.

Más recientemente, el documento EP 2926623 describe un calentador de flujo eléctrico en el que el hilo calefactor se reemplaza por una varilla calefactora que tiene una relación de sección transversal definida entre la de la varilla y el orificio tubular a través del cual se extiende la varilla. Un único elemento calefactor se extiende a través de múltiples orificios (formados dentro de elementos tubulares alargados) mediante una pluralidad de extremos curvados (o en bucle). Se describen temperaturas de calentamiento de gas de hasta 1200°C.

Si bien los calentadores eléctricos convencionales pueden alcanzar temperaturas elevadas del orden de 1100 °C, las altas velocidades del gas y los grandes diferenciales de presión provocan vibraciones y movimientos de los elementos calefactores (y de los tubos circundantes (bloque calefactor)), de modo que los elementos calefactores todavía están sujetos a impactos mecánicos y tensiones que inevitablemente resultan en roturas. Este fenómeno es aún más pronunciado cuando el tubo alargado (bloque calefactor) está orientado verticalmente de manera que las fuerzas gravitacionales contribuyen aún más a las tensiones y demandas físicas sobre los elementos calefactores. En consecuencia, lo que se requiere es un calentador eléctrico de flujo de fluido que solucione estos problemas.

Compendio de la invención

En consecuencia, un aspecto de la presente invención es proporcionar un calentador de flujo eléctrico para calentar un fluido y, en particular, un gas (medio en fase gaseosa) capaz de alcanzar temperaturas de calentamiento de modestas a altas del orden de 700 °C, 1000 °C y potencialmente hasta 1200 °C con estrés físico, fatiga y daños mínimos en el elemento calefactor para mejorar en gran medida la vida útil del calentador eléctrico. Un objetivo adicional es estabilizar el elemento calefactor que se extiende dentro de al menos un elemento de camisa (alternativamente denominado elemento tubular) que puede definir un bloque de camisa alargado de manera que se minimice y preferiblemente se elimine el movimiento independiente del elemento calefactor con respecto al elemento de camisa.

Es un aspecto específico adicional estabilizar posicionalmente el elemento calefactor en o hacia las secciones extremas curvadas o en bucle del elemento calefactor que emergen de al menos un elemento de camisa/bloque de camisa para minimizar el movimiento independiente del elemento calefactor con respecto al al menos un elemento de camisa/bloque de camisa.

Los aspectos se logran mediante un calentador de flujo de fluido eléctrico que tiene al menos un miembro de soporte que está conectado o sobresale de una carcasa del calentador para entrar en contacto con las secciones extremas axiales curvadas del elemento calefactor e inhibir cualquier movimiento axial y/o lateral del elemento calefactor con respecto al elemento de camisa, bloque de camisa y/o carcasa. Además, en determinadas implementaciones, se puede evitar el movimiento axial de los elementos de camisa (bloque de camisa) con respecto a la carcasa.

Opcionalmente, el fluido puede ser líquido, un medio en fase gaseosa que contiene vapor, un medio en fase gaseosa enriquecido con vapor, un medio líquido en fase gaseosa-vapor.

Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un calentador eléctrico para calentar un flujo de un fluido que comprende: al menos un elemento de camisa axialmente alargado que define un bloque de camisa axialmente alargado que tiene unos extremos longitudinales primero y segundo; una pluralidad de orificios o canales longitudinales que se extienden interiormente a través del bloque de camisa y que están abiertos en cada uno de los respectivos extremos longitudinales primero y segundo; al menos un elemento calefactor que se extiende axialmente a través de los orificios o canales y que tiene respectivas secciones extremas axiales curvadas de manera que el al menos un elemento calefactor emerge y regresa a orificios o canales adyacentes o vecinos en uno o ambos extremos longitudinales primero y segundo respectivos, formando el al menos un elemento calefactor y el bloque de camisa un conjunto calefactor; y una carcasa situada para rodear al menos parcialmente el conjunto calefactor; caracterizado por: al menos un miembro de soporte conectado o que sobresale de la carcasa para hacer contacto con al menos algunas de las secciones extremas axiales curvadas e inhibir el movimiento axial y/o lateral de al menos un elemento calefactor con respecto al bloque de camisa y/o a la carcasa.

La referencia dentro de esta memoria a 'al menos un elemento de camisa axialmente alargado' y 'bloque de camisa axialmente alargado' abarca una cubierta, un manguito y otros elementos tipo camisa que tienen una longitud mayor que un ancho o espesor correspondiente para que sea 'alargado' en una dirección axial del calentador. La referencia a tales elementos y bloques'alargados’ abarcacuerpos que son sustancialmente sólidos de forma continua entre sus respectivos extremos longitudinales y que no comprenden espacios, huecos, espaciamientos u otras separaciones, o entre los extremos longitudinales.

Preferiblemente, los elementos de camisa alargados y los bloques de camisa alargados son cuerpos sustancialmente rectos/lineales que comprenden al menos un orificio interior respectivo para recibir secciones rectas o lineales de elemento calefactor. En consecuencia, los presentes elementos de camisa y bloques de camisa están configurados para encerrar, cubrir, albergar o contener sustancialmente las secciones rectas/lineales del elemento calefactor sustancialmente a lo largo de la longitud de las secciones rectas/lineales entre las secciones extremas curvadas o curvadas del elemento calefactor. En consecuencia, se prefiere que las secciones dobladas o curvadas del elemento calefactor sólo sobresalgan y no estén cubiertas o alojadas por el bloque de elemento calefactor/camisa.

En consecuencia, la referencia dentro de esta memoria a elemento de “camisa” y bloque de “camisa” abarca respectivos cuerpos huecos para contener, alojar, rodear o revestir un elemento calefactor sustancialmente de forma continua entre las secciones extremas curvadas o curvadas del elemento calefactor que se proyectan desde los respectivos extremos longitudinales del elemento/bloque de camisa.

El efecto de un elemento de camisa alargado y un bloque de camisa que tienen un orificio interior axialmente alargado correspondiente es el de maximizar la eficiencia de la transferencia de energía térmica entre el elemento calefactor y el fluido que fluye a través del orificio en estrecho confinamiento alrededor del elemento calefactor. La configuración longitudinalmente alargada del elemento calefactor y del bloque hace que el fluido que fluye esté contenido apropiadamente dentro del orificio alrededor del elemento calefactor sustancialmente en toda la longitud de la sección recta/lineal del elemento calefactor.

Dentro de esta memoria, se puede considerar que la referencia a los respectivos extremos longitudinales primero y segundo de un elemento calefactor, que emerge de los orificios o canales dentro del bloque alargado de elemento calefactor/camisa, se distingue de las secciones rectas/lineales de elemento calefactor en que están alojados continuamente dentro del orificio del elemento/bloque. Como se apreciará, casi toda la transferencia térmica entre el elemento calefactor y el fluido se produce dentro del orificio u orificios alargados.

Según una realización de la invención tal como se define anteriormente o más adelante, el al menos un miembro de soporte comprende al menos una varilla que se extiende entre las secciones extremas axiales curvadas y el primer extremo longitudinal del bloque de camisa. El uso de al menos una varilla es ventajoso para proporcionar una construcción sencilla y eficaz con el fin de estabilizar el elemento calefactor con respecto al bloque de camisa y/o la carcasa para obtener las ventajas mencionadas anteriormente. Preferiblemente, el miembro de soporte comprende una pluralidad de varillas, extendiéndose cada varilla respectivamente entre cada una de una pluralidad de secciones extremas axiales curvadas y el primer extremo longitudinal.

Opcionalmente, cada varilla se coloca en contacto o casi en contacto con el elemento calefactor en las respectivas regiones interiores de las secciones extremas axiales curvadas. En consecuencia, las varillas proporcionan un medio directo de soporte del elemento calefactor para minimizar y eliminar preferiblemente cualquier movimiento axial independiente y opcionalmente lateral del elemento calefactor con respecto al bloque/carcasa de camisa. El uso de una varilla insertada dentro de las secciones de los extremos curvados no obstruye de otro modo el libre flujo de fluido dentro, a través y fuera del bloque de camisa cuando al menos una varilla está colocada en el lado lateral de cada abertura de los orificios alargados (extendiéndose a través del bloque de camisa).

La presente disposición es ventajosa para maximizar el alcance y la eficiencia de la transferencia de energía térmica entre el elemento calefactor y el fluido proporcionando un flujo de fluido sin obstrucciones dentro de los orificios alargados entre los respectivos extremos longitudinales del elemento/bloque de camisa alargada. En consecuencia, el miembro de soporte posicional que estabiliza posicionalmente el elemento calefactor en las secciones dobladas/curvadas (que se proyectan desde el elemento de camisa/bloque de camisa) no interfiere con el flujo de fluido y, por lo tanto, con la eficiencia de transferencia de energía. En particular, el elemento de soporte no hace contacto con el elemento calefactor en la sección recta lineal entre las respectivas secciones extremas curvadas/dobladas del elemento calefactor.

Según una realización de la invención como se define anteriormente o más adelante, la pluralidad de secciones extremas axiales curvadas se colocan adyacentes entre ellas y están alineadas en una fila y una varilla respectiva se extiende a través de las secciones extremas axiales curvadas de la fila. Una disposición de este tipo es ventajosa para minimizar el número de varillas de soporte en el calentador mientras se estabiliza el elemento calefactor en múltiples regiones a lo largo de su longitud correspondientes a las secciones extremas axiales curvadas. Opcionalmente, cada una de las varillas comprende un rebajo para recibir al menos parcialmente una parte de al menos un elemento calefactor en cada una de las respectivas secciones extremas axiales curvadas. Cada rebajo es ventajoso para mejorar aún más la estabilización posicional del elemento calefactor con respecto al bloque de camisa y, en particular, para inhibir en gran medida cualquier desplazamiento lateral del elemento calefactor. Opcionalmente, el miembro de soporte comprende un perfil de sección transversal generalmente circular, poligonal o rectangular.

Según implementaciones específicas, el elemento calefactor está curvado de 170° a 190°, de 175° a 185° o generalmente 180° en cada sección extrema axial. Una disposición de este tipo es beneficiosa para proporcionar un calentador de flujo eléctrico liviano de construcción compacta mediante un único elemento calefactor que atraviesa en serie cada orificio alargado del bloque de camisa.

Según una realización de la invención tal como se define anteriormente o más adelante, el miembro de soporte comprende un material no conductor de electricidad tal como un material refractario o cerámico. Opcionalmente, el material no conductor de electricidad se forma como un revestimiento en el miembro de soporte. Opcionalmente, y según implementaciones concretas, el elemento de soporte comprende un núcleo metálico y un revestimiento refractario o cerámico que rodeará al menos parcialmente el núcleo metálico. Preferiblemente, el al menos un elemento de camisa comprende un material no conductor de electricidad. Opcionalmente, el elemento de camisa comprende el mismo material que el miembro de soporte. Opcionalmente, el elemento de camisa está formado exclusivamente por un material refractario o cerámico. Opcionalmente, el elemento de camisa puede comprender un material de núcleo que está al menos parcialmente rodeado o revestido por un material refractario o cerámico (es decir, no conductor de electricidad) formado como un recubrimiento en la región exterior del elemento de camisa y dentro del orificio alargado. En consecuencia, el elemento de camisa está configurado para ser resistente al calor y eléctricamente aislante.

Según una realización de la invención tal como se define anteriormente o más adelante, la carcasa comprende una funda exterior y una pluralidad de espaciadores que se extienden radialmente entre la funda exterior y el bloque de camisa. Preferiblemente, cada uno de los espaciadores comprende un miembro en forma de disco que tiene una abertura central a través de la cual se extiende una parte del bloque de camisa. Opcionalmente, los espaciadores pueden formarse integralmente con la carcasa (funda) y pueden conectarse, fusionarse o adherirse a la funda por medios de unión químicos o mecánicos. Los espaciadores son ventajosos para estabilizar el bloque de camisa dentro del calentador e inhibir el movimiento independiente lateral y preferiblemente axial del bloque de camisa con respecto a la carcasa y/o los componentes circundantes del calentador eléctrico. Opcionalmente, los espaciadores pueden comprender un material metálico donde los espaciadores están eléctricamente aislados del elemento calefactor a través del bloque de camisa no conductor de electricidad.

Opcionalmente, el calentador puede comprender además un soporte provisto en el espaciador en o hacia el primer extremo longitudinal del bloque de camisa, extendiéndose el miembro de soporte entre el soporte y las secciones extremas axiales curvadas. Preferiblemente, el calentador comprende al menos un par de soportes proporcionados en el espaciador en o hacia el primer extremo longitudinal del bloque de camisa y en donde el miembro de soporte comprende al menos una varilla que se extiende desde los soportes y a través de las secciones extremas axiales curvadas. Opcionalmente, los soportes pueden proporcionarse en forma de bloques colocados a cada lado lateral del primer extremo longitudinal del bloque de camisa. En consecuencia, se puede considerar que el extremo axial del bloque de camisa está intercalado entre el par de soportes opuestos. Preferiblemente, al menos partes respectivas de los soportes se extienden axialmente más allá del extremo longitudinal del bloque de camisa para sobresalir del bloque de camisa. Preferiblemente, al menos una varilla está situada para extenderse entre las respectivas regiones sobresalientes de los soportes. Preferiblemente, al menos una varilla se extiende generalmente perpendicular al orificio alargado y al bloque de camisa en general.

Preferiblemente, el calentador comprende una pluralidad de elementos de camisa ensamblados entre ellos como un cuerpo unitario y rodeados al menos parcialmente por los espaciadores. Los elementos de camisa se ensamblan y unen entre ellos como un conjunto opcionalmente a través de los espaciadores y/u otros miembros de soporte colocados en diferentes regiones a lo largo de la longitud del bloque de camisa para asegurar posicionalmente el bloque de camisa con respecto a la carcasa y otros componentes del calentador eléctrico.

Opcionalmente, la funda comprende una forma cilíndrica generalmente hueca o cúbica hueca que encapsula el conjunto calefactor. Preferiblemente, los espaciadores están unidos a una superficie radialmente interior de la funda. Opcionalmente, los espaciadores pueden soldarse a la superficie interior de la funda para facilitar la fabricación y para impartir resistencia estructural al calentador. En consecuencia, se puede considerar que los espaciadores forman parte de la carcasa.

Según una implementación preferida, al menos un elemento de camisa comprende una pluralidad de elementos de camisa ensamblados entre ellos para formar el bloque de camisa alargado; el al menos un miembro de soporte comprende una pluralidad de varillas y las secciones extremas axiales curvadas están colocadas adyacentes entre ellas y están alineadas en filas de manera que una varilla respectiva de la pluralidad de varillas se extiende a través de las secciones extremas axiales curvadas de cada fila respectiva; la carcasa comprende una funda exterior y el calentador comprende además una pluralidad de espaciadores que se extienden radialmente entre la funda exterior y el bloque de camisa, comprendiendo los espaciadores aberturas centrales a través de las cuales se extiende una parte del bloque de camisa; comprendiendo además el calentador una pluralidad de soportes proporcionados en uno de los espaciadores en o hacia el primer extremo longitudinal del bloque de camisa de manera que las varillas se extiendan entre los soportes y a través de las secciones extremas axiales curvadas de cada fila.

En consecuencia, la presente invención proporciona un medio para evitar daños al elemento calefactor debido al movimiento de los elementos de camisa o de los elementos calefactores. Tal movimiento puede ser inducido por la gravedad y/o por diferencias de presión dentro del calentador eléctrico a medida que el gas es forzado bajo presión a través de los orificios mediante extremo inicial “frío” del bloque de camisa y un extremo final "caliente” del bloque de camisa. En consecuencia, se evita que el elemento calefactor entre en contacto con las caras extremas del bloque de camisa y/o cualquier borde o transición entre una cara extrema frontal del bloque de camisa y cada uno de los orificios longitudinales. Como se indicó, la estabilización del elemento calefactor se logra mediante el contacto entre el miembro de soporte y los extremos curvados o en bucle que salen de un extremo abierto del orificio y entran en otro extremo abierto del orificio.

Opcionalmente, se pueden proporcionar miembros de soporte correspondientes en ambos extremos axiales del bloque de camisa, es decir, en el extremo de entrada de gas ("frío") así como en el extremo de salida de gas ("caliente"). El elemento calefactor puede ser un hilo o varilla calefactora. Sin embargo, y preferentemente, al menos un miembro de soporte está previsto únicamente en el extremo "frío" del conjunto calefactor. Un hilo calefactor tiene la ventaja particular de que se puede doblar fácilmente y, por lo tanto, puede pasar a través de una pluralidad de orificios, de modo que un único hilo sigue un paso serpenteante entrando y saliendo en serie de orificios o canales vecinos o adyacentes. En una realización, el tamaño de una barra de soporte, más precisamente el área de la sección transversal de la misma, está diseñado de manera que encaje con cierta holgura en los ojales formados entre los extremos curvados (o bucles) y la cara extrema adyacente de los elementos de camisa/bloque de camisa. Preferiblemente, un perfil de forma en sección transversal en la superficie exterior de la barra de soporte está adaptado para coincidir con el perfil de forma de la región radialmente interior de cada extremo curvado que puede ser un semicírculo o un semicírculo.

Preferiblemente, los extremos terminales del elemento calefactor entran y salen del mismo extremo de los elementos tubulares/bloque de camisa, que normalmente es el extremo “frío” (temperatura ambiente o inferior) hacia el cual fluye el gas en relación con un extremo “caliente” (alrededor de 1000°C) de donde emerge el gas calentado. Luego, ambos extremos terminales del elemento calefactor pueden conectarse a terminales correspondientes para aplicar tensión y, en consecuencia, calentar el gas que fluye a través del espacio definido entre el elemento calefactor y la superficie interior que define cada orificio.

Para una disposición más grande de orificios o canales alargados en un bloque de camisa, es posible, por supuesto, utilizar elementos calefactores separados que pueden alimentarse a través de diferentes grupos de orificios o canales que juntos forman el conjunto completo.

El ajuste holgado entre i) un primer lado de la barra de soporte, los ojales (formados por las secciones extremas axiales curvadas) y ii) un segundo lado de la barra de soporte y la cara extrema del bloque de camisa se proporciona para acomodar cualquier expansión térmica irregular, de modo que el elemento calefactor no esté sujeto a ninguna tensión cuando el calentador de flujo pasa de un estado caliente durante el funcionamiento a un estado frío cuando se desactiva.

En una realización, las barras de soporte tienen una sección transversal con al menos una cara redondeada a lo largo de un área de contacto con las secciones extremas axiales curvadas, en las que el radio de la cara redondeada puede adaptarse adecuadamente (es decir, hacerse ligeramente más pequeño que) el radio de los extremos curvados del elemento calefactor. Las caras extremas del bloque de camisa pueden ser planas (es decir, planares) y para adaptar la forma de las barras de soporte de manera correspondiente, un lado de las barras puede estar achaflanado para formar una superficie plana. En particular, las barras de soporte pueden tener una sección transversal circular o semicircular achaflanada. En caso de que se utilice una barra de soporte rectangular con vistas a una producción más fácil de tal barra, se pueden proporcionar ranuras o rebajos que se extienden transversalmente a la dirección longitudinal de la barra, en la que la forma de la sección transversal al menos en la posición de los rebajos respectivos se adapta a la forma de cada sección extrema curvada.

Preferiblemente, los orificios o canales huecos de los elementos de camisa están adaptados en sección transversal al tamaño de la sección transversal exterior del elemento calefactor. En el caso de un hilo calefactor normal con sección transversal circular, cada uno de los orificios o canales comprende una sección transversal circular para proporcionar un espacio anular uniforme (a lo largo de la longitud axial de cada orificio) que facilita el calentamiento del gas a temperaturas hasta y alrededor de 1200°C sin ningún sobrecalentamiento o tensión indebida en el elemento calefactor.

En una realización, la sección transversal de estos orificios o canales puede presentar también distanciadores a lo largo del perímetro para centrar el elemento calefactor en el orificio o canal perpendicularmente al eje longitudinal.

La referencia dentro de la memoria a 'elemento calefactor' abarca hilos relativamente delgados y varillas calefactoras de sección transversal más grande. Una varilla o hilo calefactor de este tipo comprende preferentemente una aleación de hierro-cromo-aluminio (Fe-Cr-Al) o una aleación de níquel-cromo-hierro (Ni-Cr-Fe). En muchos casos prácticos, el espacio interior máximo entre el elemento calefactor y la superficie interior que define cada orificio está entre 0,2 y 2 mm, pero también puede estar dentro de un rango más amplio entre 0,02 mm y 50 mm. Opcionalmente, en particular un elemento calefactor más grueso podría comprender, a su vez, un mazo de varillas o hilos individuales, que eventualmente están entrelazados o retorcidos entre ellos. Con tales realizaciones, el espaciado interior mencionado anteriormente está definido por el espaciado interior entre el mazo de varillas o hilos con respecto a la superficie interior que define cada orificio longitudinal.

La referencia dentro de la memoria a 'varilla' abarca hilos delgados y flexibles con una sección transversal pequeña, siempre que el hilo sea lo suficientemente rígido y estable para extenderse linealmente a lo largo del eje de cada orificio.

La referencia dentro de la memoria a 'carcasa' abarca aquellos componentes del calentador eléctrico que están colocados alrededor del conjunto calefactor montado interiormente (que comprende el(los) elemento(s) calefactor(es) y el bloque de camisa). Tales componentes pueden incluir puntales de soporte, fundas o carcasas interiores o exteriores, tirantes de soporte (tanto interiores como exteriores en el calentador), barras, varillas, radios, bridas espaciadoras o de soporte y similares.

Opcionalmente, el diámetro de cada uno de los orificios o canales puede estar en el intervalo de 1 mm a 20 mm o incluso de 0,5 mm a 60 mm. En consecuencia, una relación preferida entre el área de la sección transversal de la varilla o canales y el área de la sección transversal interior de cada uno de los orificios puede estar en el intervalo de 0,04 a 0,95, de 0,04 a 0,8, de 0,04 a 0,9, de 0,2 a 0,95, de 0,3 a 0,8 o 0,5 a 0,9.

El elemento calefactor se extiende a través de cada orificio o cada canal desde una abertura de entrada hasta una abertura de salida. El gas que se ha de calentar fluye a través de los orificios o canales y a lo largo del elemento calefactor. No es necesario que la sección transversal interior a lo largo de la longitud de los orificios o canales sea constante, aunque esto se prefiera, para producir un espacio libre sustancialmente constante, en particular un espacio anular constante entre el elemento calefactor y la superficie interior de cada orificio o canal. Cada orificio o cada canal puede comprender proyecciones interiores, que se distribuyen a lo largo y alrededor de la superficie interior para mantener el elemento calefactor a una distancia fija del resto de la superficie del orificio/canal. Se logra un espacio anular sustancialmente constante a lo largo de al menos el 60% de la longitud axial de cada orificio o cada canal con la excepción de las proyecciones que se acoplan con el elemento calefactor.

Opcionalmente, cada uno de los elementos de camisa puede comprender un perfil de sección transversal circular, parcialmente circular o curvado en la superficie exterior de cada elemento de camisa. Opcionalmente, la superficie exterior de cada elemento de camisa puede comprender un perfil poligonal y, en particular, rectangular. Opcionalmente, los elementos de camisa comprenden una proyección en una primera región y una ranura en una segunda región de al menos una superficie exterior, estando configurada la proyección de uno de los elementos de camisa para asentarse al menos parcialmente dentro de la ranura de un elemento de camisa adyacente para entrelazar al menos parcialmente los elementos de la camisa. Opcionalmente, cada elemento de camisa puede comprender una nervadura, reborde, proyección o lengüeta separada de una ranura o rebajo correspondiente en la superficie exterior para permitir que los elementos de camisa se interconecten o se teselen entre ellos en una relación de interconexión. Una disposición de este tipo es ventajosa para inhibir el movimiento lateral de los elementos de camisa con el fin de formar un conjunto seguro denominado en la presente memoria bloque de la camisa. Opcionalmente, las respectivas proyecciones y rebajos/ranuras pueden extenderse longitudinalmente a lo largo de cada uno de los elementos de camisa entre los respectivos extremos primero y segundo. Opcionalmente, los respectivos salientes y rebajos/ranuras pueden extenderse a lo ancho o lateralmente a través de los elementos de camisa perpendiculares a los orificios alargados. Opcionalmente, los elementos de camisa se pueden unir entre ellos mediante correspondientes perfiles de sección transversal curvos o poligonales que tienen formas cooperantes de manera que las superficies exteriores de los elementos de camisa se colocan en estrecho contacto entre ellos sustancialmente a lo largo de toda su longitud axial. Como se indica, opcionalmente, el bloque de camisa puede formarse como un cuerpo único que comprende una pluralidad de orificios alargados paralelos que se extienden entre los extremos longitudinales primero y segundo del bloque de camisa.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describirá una implementación específica de la presente invención, sólo a modo de ejemplo, y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 es una vista lateral en sección transversal de un calentador eléctrico según un aspecto de la presente invención;

la figura 2 es una vista en perspectiva de un conjunto calefactor que forma parte del calentador eléctrico de la figura 1;

la figura 3 es otra vista en perspectiva de un primer extremo longitudinal del conjunto calefactor de la figura 2;

la figura 4 es otra vista en perspectiva del primer extremo longitudinal del conjunto calefactor de la figura 3; y

la figura 5 es una vista en perspectiva de elementos de camisa vecinos y adyacentes que forman parte del conjunto calefactor de la figura 4.

Descripción detallada de la realización preferida de la invención

Haciendo referencia a las figuras 1, 2 y 3, un calentador eléctrico 1 comprende una carcasa 2 en forma de funda cilíndrica 3 (que tiene superficies enfrentadas interior y exterior 3b, 3a respectivamente) que define una cámara interior 4 abierta en ambos extremos axiales. Un conjunto de calentamiento indicado generalmente con la referencia 5 está montado dentro de la cámara 4. El conjunto de calentamiento 5 está formado a partir de una pluralidad de elementos de camisa alargados 6 ensamblados y mantenidos juntos para formar un bloque de camisa alargado 7. Cada elemento de camisa alargado 6 comprende un orificio interior longitudinal 8 que se extiende a lo largo de toda la longitud de cada elemento de camisa 6 para estar abierto en unos extremos axiales primero y segundo 7a, 7b del bloque de camisa 7. El elemento de camisa 6 y el bloque de camisa 7 están formados como cuerpos huecos en los que la masa y el volumen sólidos se extienden continuamente entre los extremos axiales primero y segundo 7a, 7b. Es decir, los elementos de camisa 6 y los bloques de camisa 7 no son discontinuos entre los respectivos extremos 7a, 7b. Una disposición de este tipo es ventajosa para maximizar el alcance y la eficiencia de la transferencia de energía térmica dentro de los respectivos elementos de camisa 6, como se explica con más detalle en la presente memoria.

El bloque de camisa 7 está montado en su posición (dentro de la carcasa 2) mediante un par de espaciadores en forma de disco 9a, 9b colocados en una dirección longitudinal hacia cada extremo axial 7a, 7b del bloque de camisa. La funda 3 y los espaciadores 9a, 9b pueden formarse de metal de manera que los espaciadores 9a, 9b se fijen a una superficie enfrentada interior 3b de la funda 3 mediante soldadura. Cada espaciador 9a, 9b comprende una abertura central 10 que tiene un perfil de forma rectangular y dimensionada para acomodar el bloque de camisa 7 que también comprende un perfil exterior de forma generalmente cúbica. En consecuencia, el bloque de camisa 7 está montado dentro de cada abertura espaciadora 10 de manera que quede suspendido dentro de la cámara 4 y separado espacialmente de la superficie orientada interiormente 3b del manguito.

Un elemento calefactor indicado generalmente con la referencia 11 está formado como una varilla alargada que tiene unos extremos respectivos 11d, 11e que sobresalen generalmente de uno de los extremos axiales del bloque de camisa 7. Los extremos 11d, 11e se ilustran en las figuras 1 a 3 que sobresalen del extremo “caliente” 7b del bloque de camisa 7 con fines ilustrativos. Los extremos 11d, 11e, se extienden preferiblemente desde el extremo “frío” 7a del bloque de camisa 7. El elemento calefactor 11 comprende un perfil de sección transversal generalmente circular y está dimensionado de manera ligeramente más pequeña que el área de la sección transversal de cada orificio 8 del elemento de camisa. El único elemento calefactor 11 está adaptado para extenderse secuencialmente a través de cada orificio alargado 8 del bloque de camisa 7 a través de respectivas secciones extremas axiales curvadas 11a y 11b. En particular, el elemento calefactor 11 que sale de un orificio 8 de un primer elemento de camisa 6 se dobla 180° (sección extrema del elemento calefactor 11a) para regresar a un orificio 8 adyacente o vecino en el primer extremo axial 7a del bloque de camisa. Esto se repite en el segundo extremo axial 7b del bloque de camisa mediante secciones extremas curvadas 11b. Los extremos del elemento calefactor 11d, 11e pueden acoplarse con conexiones eléctricas para permitir que pase una corriente a través del elemento 11, como se apreciará.

Con referencia a la figura 5, cada elemento de camisa 6 comprende cuatro caras laterales que se extienden longitudinalmente 6a, 6b, 6e y 6h que son generalmente planas de modo que cada elemento de camisa comprende un perfil exterior con forma de sección transversal generalmente cuadrada adaptado para permitir que los elementos de camisa se asienten juntos en contacto estrecho para formar un cuerpo unitario cúbico rectangular en donde las caras laterales individuales de los elementos de camisa 6 forman las superficies enfrentadas exteriores del bloque de camisa 7. Se proporciona un pequeño espacio entre cada abertura espaciadora 10 y las superficies exteriores del bloque de camisa 7 (definido por las caras laterales del elemento de camisa 6a, 6b, 6e, 6h). Tales espacios acomodaron la expansión térmica diferencial de los espaciadores 9a, 9b (típicamente formados de metal) y los elementos de camisa 6 que están formados preferiblemente de un material refractario no conductor de electricidad. Sin embargo, al menos algo del soporte estructural del bloque de camisa 7 y del elemento calefactor 11 lo proporcionan los espaciadores 9a, 9b (mediante las aberturas 10) que están al menos parcialmente en contacto con el bloque de camisa 7. Para inhibir el movimiento axial y lateral de cada uno de los elementos de camisa individuales 6 (con respecto a un eje longitudinal 12 que se extiende a través del calentador 1), cada elemento de camisa 6 comprende una ranura 6f y una nervadura correspondiente 6g que se extiende lateralmente a través de los elementos de camisa 6 y perpendicular al eje 12. Las ranuras 6f y las nervaduras 6g de los elementos de camisa vecinos 6 están adaptados para encajar entre ellos con el fin de proporcionar un bloque de camisa parcialmente teselado 7 resistente a fuerzas de carga axiales y fuerzas de corte laterales. La disposición de ranuras y nervaduras (6f, 6g) de la figura 5 es complementaria a la sujeción posicional del conjunto calefactor 5 mediante espaciadores 9a, 9b.

El presente calentador eléctrico está configurado específicamente con al menos un miembro de soporte 13 (denominado alternativamente unidad de estabilización de elemento calefactor) configurado para estabilizar posicionalmente el elemento calefactor 11 con respecto al bloque de camisa 7, los espaciadores 9a, 9b y/o la carcasa 2 (que abarca la funda 3). Tal disposición es ventajosa para minimizar el movimiento independiente del elemento calefactor 11 con respecto al bloque de camisa 7 y específicamente a los extremos axiales 7a, 7b del bloque de camisa. Como se apreciará, las dimensiones del elemento calefactor 11 y los orificios 8 se controlan cuidadosamente para lograr un pequeño espacio de separación deseado entre la superficie orientada hacia adentro de cada orificio 8 y la superficie exterior del elemento calefactor 11. Tal disposición es ventajosa para maximizar la efectividad y eficiencia de la transferencia de energía térmica desde el elemento 11 a un medio en fase gaseosa introducido inicialmente en la cámara 4 en la posición 14a para luego fluir a través de cada uno de los orificios 8 y salir del conjunto de calentamiento 5 en la posición 14b. Esta efectividad y eficiencia de la transferencia de energía térmica también se proporciona, a su vez, mediante los elementos calefactores 6 que se extienden continuamente a lo largo (axialmente) entre los respectivos extremos 7a, 7b. En particular, el elemento calefactor 11 está alojado, cubierto y contenido total y continuamente por los elementos de camisa alargados 6 entre los extremos 7a, 7b. Cuando el calentador eléctrico 1 se suspende verticalmente en uso, el contacto indeseable entre las secciones extremas curvadas 11a, 11b y las caras extremas 6c y, en particular, los bordes anulares que definen el extremo de entrada y salida de cada orificio 8, contribuyen a la fatiga y al daño del elemento calefactor 11 y a una reducción correspondiente en la vida útil del calentador 1. Para mitigar esto, el miembro de soporte del elemento calefactor 13 está específicamente proporcionado para inhibir y en particular prevenir cualquier movimiento axial y lateral del elemento calefactor 11 (independientemente del bloque de camisa 7). Ventajosamente, el miembro de soporte 13 está colocado en un extremo “frío” axial del conjunto calefactor 5 correspondiente a la entrada de gas 14a en contraste con un extremo “caliente” axial para salida de gas calentado (posición 14b). El primer extremo axial “frío” 7a es la región de menor tensión (menor diferencial de temperatura) con respecto al segundo extremo axial 7b y, por lo tanto, la estabilización en el primer extremo axial 7a es más práctica y eficaz. El miembro de soporte 13 comprende un par de soportes espaciados 15 que están asegurados a una cara frontal 16 del espaciador 9a para sobresalir hacia adelante dentro del flujo de gas entrante 14a. Cada soporte 15 sobresale más allá de la cara extrema axial 6c del bloque de camisa 7. Los orificios 17 se extienden a través de cada soporte 15 a lo largo del eje 19 que se extiende perpendicular al eje longitudinal principal 12 del calentador 1. Una varilla (o barra) alargada 18 está montada dentro de cada taladro 17 para estar centrada sobre el eje 19 y se extenderá entre cada uno de los soportes opuestos 15 y lateralmente a través de la cara extrema 6c del bloque de camisa 7. La presente invención comprende una pluralidad de varillas de estabilización 18, cada una de las cuales se extiende en paralelo a las otras y perpendicular al eje longitudinal principal 12. Como se ilustra en las figuras 1,2 y 4, las secciones axiales curvadas 11 a están dispuestas en filas en cada cara extrema 6c para acomodar una única varilla respectiva 18 que se inserta y pasa a través y por debajo de cada una de las secciones curvadas 11 a que se han de colar o al menos quedar parcialmente atrapadas entre las secciones extremas curvadas (o en bucle) 11a y la cara extrema colectiva 6c del bloque de camisa 7. En tal configuración, se evita que el elemento calefactor 11 se mueva en el dirección del flujo de gas (desde la posición 14a hasta la 14b a lo largo del eje 12) debido al contacto con la varilla 18 que se mantiene de forma segura en una posición fija mediante soportes 15.

Con referencia a la figura 4, cada varilla 18 comprende una pluralidad de rebajos 18a que están separados a lo largo de la varilla 18 para corresponder a la región de contacto (o casi contacto) con cada sección extrema curvada 11a. Cada rebajo 18a es curvado y complementario al perfil curvado del elemento calefactor en una región radialmente interior 11c en cada sección extrema curvada 11a. Es decir, cada elemento calefactor en cada región 11c está al menos parcialmente alojado dentro de cada rebajo respectivo 18a. Una disposición de este tipo es ventajosa para proporcionar (o aumentar) la estabilización lateral del elemento calefactor 11 (en una dirección perpendicular al eje longitudinal 12). El presente calentador eléctrico que tiene un elemento calefactor 11 estabilizado axial y lateralmente está configurado con una vida útil prolongada mediante un movimiento independiente minimizado del elemento calefactor 11 con respecto al conjunto calefactor 5 y, en particular, al bloque de camisa 7.

Como se apreciará, si bien la presente invención se describe con referencia a varillas alargadas 13 insertadas a través de cada sección de extremo curvado 11a, la misma estabilización se puede lograr mediante componentes y disposiciones alternativos en las que las secciones de extremo curvado 11a están en contacto mediante un componente de tope que está asegurado, ya sea directa o indirectamente a la carcasa 2 (por ejemplo, mediante soportes intermedios 15 y/o espaciadores 9a, 9b). Por ejemplo, tales componentes de tope pueden comprender ojales, miembros en forma de gancho, placas o arandelas adaptadas para asentarse al menos parcialmente entre la región radialmente interior 11c de cada sección extrema 11a y la cara extrema 6c del bloque de camisa 7.

Claims (21)

REIVINDICACIONES

1. Un calentador eléctrico (1) para calentar un flujo de un fluido que comprende:

al menos un elemento de camisa (6) axialmente alargado que define un bloque de camisa (7) axialmente alargado que tiene unos extremos longitudinales primero (7a) y segundo (7b);

una pluralidad de orificios o canales longitudinales (8) que se extienden interiormente a través del bloque de camisa (7) y que están abiertos en cada uno de los respectivos extremos longitudinales primero y segundo (7 a, 7b);

al menos un elemento calefactor (11) que se extiende axialmente a través de los orificios o canales (8) y que tiene unas respectivas secciones extremas axiales curvadas (11 a) de modo que al menos un elemento calefactor (11) emerge y regresa al interior de orificios o canales adyacentes o vecinos (8) en uno o ambos extremos longitudinales primero y segundo respectivos (7a, 7b), formando al menos un elemento calefactor (11) y el bloque de camisa (7) un conjunto calefactor (5); y

una carcasa (2) situada para rodear al menos parcialmente el conjunto calefactor (5);

caracterizado por:

al menos un miembro de soporte (13) conectado o sobresaliendo de la carcasa (2) para hacer contacto con al menos algunas de las secciones extremas axiales curvadas e inhibir el movimiento axial y/o lateral de el al menos un elemento calefactor (11) con respecto al bloque de camisa (7) y/o la carcasa (2) en el que el al menos un miembro de soporte (13) comprende al menos una varilla (18) que se extiende entre las secciones extremas axiales curvadas (11a) y el primer extremo longitudinal (7a) del bloque de camisa (7).

2. El calentador eléctrico según la reivindicación 1, que comprende una pluralidad de varillas (18), extendiéndose cada varilla (18) respectivamente entre cada una de una pluralidad de secciones extremas axiales curvadas (11a) y el primer extremo longitudinal (7a).

3. El calentador eléctrico según la reivindicación 1, en el que la al menos una varilla (18) está colocada en contacto o casi en contacto con al menos un elemento calefactor (11) en las respectivas regiones interiores (11c) de las secciones extremas axiales curvadas (11a).

4. El calentador eléctrico según la reivindicación 2, en el que la pluralidad de secciones extremas axiales curvadas (11 a) están situadas adyacentes entre ellas y están alineadas en una fila y una varilla respectiva (18) de la pluralidad de varillas (18) se extiende a través de las secciones extremas axiales curvadas (11 a) de la fila.

5. El calentador eléctrico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que cada una de las varillas (18) comprende rebajos (18a) para recibir al menos parcialmente una parte del al menos un elemento calefactor (11) en cada una de las respectivas secciones extremas axiales curvadas (11a).

6. El calentador eléctrico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el miembro de soporte (13) comprende un perfil de sección transversal generalmente circular, poligonal o rectangular.

7. El calentador eléctrico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento calefactor (11) está curvado de 170° a 190°, de 175° a 185° o generalmente 180° en las secciones extremas axiales curvadas (11a).

8. El calentador eléctrico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el miembro de soporte (13) comprende un material no conductor de electricidad.

9. El calentador eléctrico según la reivindicación 8, en el que el material no conductor de electricidad está formado como un revestimiento en el miembro de soporte (13).

10. El calentador eléctrico según la reivindicación 9, en el que el miembro de soporte (13) comprende un núcleo metálico y el material no conductor de electricidad está formado como un revestimiento para rodear al menos parcialmente el núcleo metálico.

11. El calentador eléctrico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un elemento de camisa (6) comprende un material no conductor de electricidad.

12. El calentador eléctrico según la reivindicación 1, en el que la carcasa (2) comprende una funda exterior (3) y una pluralidad de espaciadores (9a, 9b) que se extienden radialmente entre la funda exterior (3) y el bloque de camisa (7).

13. El calentador eléctrico según la reivindicación 12, en el que cada uno de los espaciadores (9a, 9b) comprende un miembro en forma de disco parcial que tiene una abertura central (10) a través de la cual se extiende una parte del bloque de camisa (7).

14. El calentador eléctrico según las reivindicaciones 12 o 13, que comprende además un soporte (15) dispuesto en el espaciador (9a) en o hacia el primer extremo longitudinal (7a) del bloque de camisa (7), extendiéndose el miembro de soporte (13) entre el soporte (15) y las secciones extremas axiales curvadas (11 a).

15. El calentador eléctrico según la reivindicación 14, que comprende al menos un par de los soportes (15) dispuestos en el espaciador (9a) en o hacia el primer extremo longitudinal (7a) del bloque de camisa (7) y en el que el miembro de soporte (13) comprende al menos una varilla (18) que se extiende desde los soportes (15) y a través de las secciones extremas axiales curvadas (11a).

16. El calentador eléctrico según la reivindicación 15, en el que la varilla (18) se extiende generalmente perpendicular a los orificios o canales alargados (8).

17. El calentador eléctrico según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, que comprende una pluralidad de elementos de camisa (6) ensamblados entre ellos como un cuerpo unitario y rodeados al menos parcialmente por los espaciadores (9a, 9b).

18. El calentador eléctrico según la reivindicación 17, en el que la funda exterior (3) comprende una forma cilíndrica generalmente hueca o cúbica hueca que encapsula el conjunto calefactor (7).

19. El calentador eléctrico según la reivindicación 18, en el que los espaciadores (9a, 9b) están unidos a una superficie radialmente interior (3b) de la funda (3).

20. El calentador eléctrico según la reivindicación 10, en el que cada uno de los elementos de camisa (6) comprende una proyección (6g) en una primera región y una ranura (6f) en una segunda región en al menos una superficie exterior, la proyección (6g) de uno de los elementos de camisa (6) configurada para asentarse al menos parcialmente dentro de la ranura (6f) de un elemento de camisa adyacente (6) con el fin de entrelazar al menos parcialmente los elementos de camisa (6).

21. El calentador eléctrico según la reivindicación 1, en el que:

el al menos un elemento de camisa (6) comprende una pluralidad de elementos de camisa (6) ensamblados entre ellos para formar el bloque de camisa alargado (7);

el al menos un miembro de soporte (13) comprende una pluralidad de varillas (18) y las secciones extremas axiales curvadas (11a) están colocadas adyacentes entre ellas y están alineadas en filas de manera que una respectiva varilla (18) de la pluralidad de varillas (18) se extiende a través de las secciones extremas axiales curvadas (11a) de cada fila respectiva;

la carcasa (2) comprende una funda exterior (3) y el calefactor comprende además una pluralidad de espaciadores (9a, 9b) que se extienden radialmente entre la funda exterior (3) y el bloque de camisa (7), comprendiendo los espaciadores (9a, 9b) aberturas centrales a través de las cuales se extiende una parte del bloque de camisa (7); y

comprendiendo además el calefactor una pluralidad de soportes (15) proporcionados en uno de los espaciadores (9a, 9b) en o hacia el primer extremo longitudinal del bloque de camisa (7) de modo que las varillas (18) se extiendan entre los soportes (15) y a través de las secciones extremas axiales curvadas (11a) de cada fila.