ES2973795T3 - Calentador eléctrico de flujo de fluido con tirante de estabilización - 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 que, junto con el bloque de camisa, definen un conjunto calefactor para calentar el gas. El conjunto calefactor se estabiliza posicionalmente dentro del calentador eléctrico mediante al menos un soporte configurado para inhibir el movimiento axial y/o lateral independiente indeseable del conjunto calefactor dentro del calentador eléctrico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Calentador eléctrico de flujo de fluido con tirante de estabilización

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un calentador eléctrico para calentar un flujo de fluido.

Antecedentes de la técnica

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

Convencionalmente, se enrollan cables relativamente finos en una configuración en espiral dentro del tubo de tal manera que el efecto de calentamiento se logra haciendo pasar corriente a través de los cables a medida que el gas fluye a través del tubo. Por consiguiente, la eficiencia de la conversión de la energía eléctrica en calor (a través del cable calentador) depende, por ejemplo, de la tensión eléctrica disponible aplicada y de la resistencia del cable. Por consiguiente, la eficiencia del calentador eléctrico depende, en parte, de la temperatura máxima que puede alcanzar el cable, la resistencia al flujo y el área de 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 o alrededor de 700 a 900°C. Sin embargo, cuanto mayor es la temperatura, mayor es la tendencia a la fractura y fallo del cable.

Más recientemente, el documento EP 2926623 describe un calentador de flujo eléctrico en el que el cable calentador se sustituye con una varilla calentadora 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 calentador se extiende a través de múltiples orificios (formados dentro de elementos tubulares alargados) a través de una pluralidad de extremos doblados (o en bucle). Se describen temperaturas de calentamiento de gas de hasta 1200 °C. El documento DE1615278A1 describe un horno eléctrico.

El cable calentador y el bloque de camisa se pueden definir típicamente como un conjunto calentador que está al menos parcialmente encapsulado o rodeado por una carcasa. Como el gas es forzado a entrar en el conjunto calentador bajo presión y se requiere que fluya a través de espacios muy estrechos (entre el elemento calentador y la superficie interior que define los orificios), a menudo se observa que el conjunto calentador colectivo se desplaza y/o se desvía debido a la caída de presión entre los extremos'frío'y'caliente'del conjunto. Este fenómeno es aún más pronunciado cuando el conjunto calentador está orientado verticalmente de tal manera que las fuerzas gravitacionales contribuyen aún más a las tensiones y demandas físicas sobre el conjunto. La deflexión axial y/o lateral del bloque calentador con relación al elemento calentador da como resultado un contacto repetido entre el elemento calentador y los bordes de las aberturas de entrada y salida del bloque de camisa, lo que conduce a un sobrecalentamiento local, daño y rotura del elemento calentador. Para mejorar el efecto de calentamiento, se emplean mayores velocidades de flujo de gas y mayores diferenciales de presión que aumentan aún más la magnitud del movimiento y la vibración de los componentes del conjunto. Esto a su vez aumenta la tensión y la fatiga de los componentes del conjunto calentador y acelera el desgaste. Por consiguiente, lo que se requiere es un calentador de flujo eléctrico que aborde estos problemas.

Compendio de la invención

Por consiguiente, es un aspecto de la presente invención 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 daño minimizados en los componentes de un conjunto calentador (dentro del calentador eléctrico) para mejorar en gran medida la vida útil del calentador. Es un objetivo adicional estabilizar los componentes del conjunto calentador y, en particular, un bloque de camisa que rodea y encapsula al menos parcialmente un elemento calentador alargado de tal manera que se inhibe y preferiblemente se impide que el bloque de camisa se mueva de forma independiente tanto axial como lateralmente con respecto al elemento calentador y/o una carcasa que rodea el conjunto calentador.

Es un aspecto específico adicional estabilizar posicionalmente elementos de camisa individuales ensamblados entre sí para formar un bloque de camisa colectivo (que tiene una pluralidad de orificios o canales que se extienden longitudinalmente), y para minimizar el movimiento independiente del conjunto calentador (incluyendo el bloque de camisa y el elemento calentador) con relación a la carcasa circundante. Por consiguiente, es un objetivo específico proporcionar un calentador eléctrico capaz de funcionar para alcanzar altas temperaturas de calentamiento del orden de 1000 °C o hasta 1200 °C mientras soporta altas velocidades de flujo de gas con grandes diferenciales de presión a través del conjunto calentador (con relación a una entrada de gas y una salida de gas en los extremos del conjunto calentador).

Estos aspectos se logran a través de un calentador eléctrico de flujo de fluido que tiene al menos un tirante conectado a la carcasa o que sobresale de ella para hacer contacto con el bloque de camisa e inhibir el movimiento axial y/o lateral del bloque con relación a la carcasa.

Según la presente invención, se proporciona un calentador eléctrico para calentar un flujo de un fluido que comprende: al menos un elemento de camisa alargado axialmente que define un bloque de camisa alargado axialmente que tiene un primer y un segundo extremos longitudinales; una pluralidad de orificios o canales longitudinales que se extienden internamente a través del bloque de camisa y que están abiertos en cada uno de los respectivos primer y segundo extremos longitudinales; al menos un elemento calentador se extiende axialmente a través de los orificios o canales, formando el al menos un elemento calentador y el bloque de camisa un conjunto calentador; una carcasa posicionada para rodear al menos parcialmente el conjunto calentador; caracterizado por: al menos un tirante conectado o que sobresale de la carcasa para hacer contacto con el bloque de camisa para inhibir el movimiento axial y/o lateral del bloque de camisa con relación a la carcasa.

La referencia dentro de esta memoria descriptiva a 'almenos 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 una anchura o grosor correspondiente para ser'alargado'en una dirección axial del calentador. La referencia a tales elementos y bloques‘alargados’abarca cuerpos que son sustancialmente sólidos de forma continua entre sus extremos longitudinales respectivos y que no comprenden espacios, vacíos, 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 interno respectivo para recibir secciones rectas o lineales de elemento calentador. Por consiguiente, los presentes elementos de camisa y bloques de camisa están configurados para envolver, cubrir, alojar o contener sustancialmente las secciones rectas/lineales del elemento calentador sustancialmente a lo largo de la longitud de las secciones rectas/lineales entre las secciones extremas dobladas o curvadas del elemento calentador. Por consiguiente, se prefiere que las secciones dobladas o curvadas del elemento calentador sólo sobresalgan y no estén cubiertas o alojadas por el bloque de elemento calentador/bloque de camisa.

Por consiguiente, la referencia dentro de esta memoria descriptiva a elemento de'camisa'y bloque de‘camisa’abarca cuerpos huecos respectivos para contener, alojar, rodear o revestir un elemento calentador sustancialmente de forma continua entre las secciones de extremo dobladas o curvadas del elemento calentador que se proyectan desde los extremos longitudinales respectivos del elemento/bloque de camisa.

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

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

Opcionalmente, el tirante puede comprender un único componente o puede estar formado por múltiples componentes. Opcionalmente, el tirante puede estar configurado para hacer contacto con el bloque de camisa en una única región o en múltiples regiones.

Según la invención, tal como se define anterior o posteriormente, la carcasa comprende una funda exterior que rodea el conjunto calentador y al menos un tirante se extiende radialmente entre la funda y el bloque de camisa. La carcasa comprende al menos un espaciador que se extiende radialmente desde la funda y hacia el bloque de camisa, estando el tirante montado en el espaciador o extendiéndose desde él para hacer contacto con el bloque de camisa. Preferiblemente, los espaciadores están formados como componentes en forma de disco fijados mecánicamente a una superficie interior de la funda a través de soldadura. Opcionalmente, los espaciadores pueden formarse integralmente con la funda y pueden conectarse, fusionarse o adherirse a la funda a través de medios de fijación químicos o mecánicos.

Según la invención, el tirante comprende al menos un componente configurado para extenderse hacia el interior y a través del bloque de camisa para mejorar la estabilización posicional del conjunto calentador.

Según la invención, el tirante comprende una pluralidad de varillas que se extienden hacia el interior y a través del bloque de camisa en regiones entre los orificios o canales longitudinales. Opcionalmente, las varillas se extienden parcialmente hacia el interior y no completamente a través del bloque de camisa. Más preferiblemente, el tirante comprende además al menos un bloque de refuerzo para hacer contacto con el bloque de camisa. Preferiblemente, el tirante (es decir, el bloque de refuerzo) está posicionado en o hacia una región radialmente interior de el al menos un espaciador. Opcionalmente, el tirante puede comprender al menos un par de bloques de refuerzo colocados en costados laterales opuestos del bloque de camisa y una pluralidad de varillas montadas en los bloques de refuerzo y que se extienden entre ellos para extenderse a través del bloque de camisa. Según implementaciones específicas, el calentador eléctrico puede comprender al menos un primer par de bloques de refuerzo posicionados en los costados laterales del bloque de camisa; un primer conjunto de tirantes (p. ej., varillas) que se extiende a través y a lo largo del bloque de camisa entre los bloques de refuerzo y un segundo conjunto de tirantes (p. ej., varillas) que se extiende a través del bloque de camisa perpendicular al primer conjunto de las varillas.

El bloque de refuerzo (o una pluralidad de bloques) está configurado para apoyarse en una superficie externa del bloque de camisa en contacto directo de tal manera que esta aplicación por fricción estabilice posicionalmente el bloque de camisa tanto axial como lateralmente con relación a la carcasa. Cuando la presente invención comprende una pluralidad de bloques de refuerzo dispuestos de manera opuesta (posicionados en cada lado lateral del bloque de camisa), se puede considerar que el bloque de camisa está intercalado entre los bloques de refuerzo que, a su vez, están montados rígidamente en la carcasa a través de el al menos un espaciador. Como se apreciará y según realizaciones adicionales, el bloque de refuerzo puede fijarse directamente a la carcasa o puede formarse integralmente con la carcasa para sobresalir hacia dentro de la carcasa para hacer contacto con la superficie externa del bloque de camisa. Preferiblemente, para mejorar aún más la estabilización posicional del conjunto calentador, el tirante comprende una pluralidad de varillas que se extienden a través del conjunto calentador además de uno o una pluralidad de bloques para hacer contacto con al menos una región de la superficie externa del conjunto calentador. Según implementaciones preferidas, el calentador eléctrico comprende un primer par de bloques de refuerzo y un primer conjunto de las varillas que se extienden a través del bloque de camisa; y un segundo par de bloques de refuerzo y un segundo conjunto de las varillas que se extienden a través del bloque de camisa; en donde el segundo par de bloques de refuerzo está posicionado en costados laterales diferentes del bloque de camisa con relación al primer par y el segundo conjunto de varillas se extiende generalmente perpendicular al primer conjunto de varillas.

La al menos una varilla, que es opcionalmente un primer y segundo conjunto de varillas, se extiende preferiblemente a través de canales respectivos (u orificios) que a su vez se extienden a través del bloque de camisa estando alineado perpendicular a los orificios longitudinales a través de los cuales se extiende el elemento calentador. Los orificios para recibir las varillas pasan entre los orificios que se extienden longitudinalmente y no interfieren con ellos, que de otro modo interferirían con el flujo de gas longitudinal a través de los orificios (o canales) desde el extremo frío al caliente del calentador eléctrico durante el uso.

Según una realización de la invención como se define anterior o posteriormente, el primer par de bloques de refuerzo y el segundo par de bloques de refuerzo están posicionados en diferentes regiones a lo largo de una longitud del bloque de camisa entre los extremos longitudinales. Esta configuración proporciona que el primer y segundo conjunto de varillas no interfieran entre sí además de distribuir axialmente el efecto estabilizador proporcionado por los diferentes pares y conjuntos de bloques de refuerzo y varillas, respectivamente. Preferiblemente, el bloque de camisa comprende una pluralidad de orificios o canales transversales que se extienden generalmente perpendiculares a los orificios longitudinales para recibir al menos parte del tirante (es decir, las varillas).

La presente disposición es ventajosa para maximizar el alcance y la eficacia de la transferencia de energía térmica entre el elemento calentador y el fluido proporcionando un flujo de fluido sin obstrucciones dentro del orificio u orificios alargados entre los extremos longitudinales respectivos del elemento/bloque de camisa alargado. Por consiguiente, el tirante de soporte posicional, los bloques de refuerzo, las varillas, etc., que estabilizan posicionalmente el bloque de camisa no interfieren con el flujo de fluido y, por lo tanto, con la eficiencia de transferencia de energía. En particular, el tirante (y los componentes asociados) no hacen contacto con el elemento calentador en la sección recta lineal entre las secciones de extremo curvadas/dobladas respectivas del elemento calentador.

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

Opcionalmente, el calentador eléctrico comprende una pluralidad de elementos de camisa ensamblados entre sí como un cuerpo unitario. El cuerpo unitario puede mantenerse unido a través de los espaciadores que están posicionados para rodear en contacto, en contacto parcial o casi en contacto con la superficie externa del bloque de camisa.

Según una realización de la invención como se ha definido anterior o posteriormente, los elementos de camisa comprenden al menos una primera y una segunda ranura hendidas en las superficies externas del elemento de camisa de tal manera que la primera y segunda ranuras de los elementos de camisa vecinos o adyacentes se alinean para definir uno de los canales respectivos para recibir al menos una parte del tirante (es decir, la varilla).

Opcionalmente, los elementos de camisa comprenden un saliente en una primera región y un saliente en una segunda región de al menos una superficie externa, estando configurado el saliente de uno de los elementos de camisa para asentarse al menos parcialmente dentro de la ranura de un elemento de camisa adyacente para enclavar al menos parcialmente los elementos de la camisa. Tal disposición es ventajosa para impedir el movimiento axial y lateral independiente de los elementos de camisa entre sí y/o que el elemento calentador se extienda dentro de los orificios longitudinales. Opcionalmente, una superficie externa de los elementos de camisa comprende un perfil de sección transversal exterior poligonal o rectangular. Los elementos de camisa, a través de su perfil de forma externo, son capaces de permanecer en contacto directo estrecho entre sí como un bloque colectivo. Cuando los elementos de camisa comprenden medios para enclavarse tales como disposiciones de lengüeta/saliente y ranura, la lengüeta/saliente y las ranuras están previstas en caras laterales diferentes de cada elemento de camisa respectivo.

Según realizaciones preferidas, la carcasa y el al menos un espaciador comprenden un material metálico. Preferiblemente, al menos un elemento de camisa y al menos parte del tirante comprenden un material no conductor de electricidad tal como un material refractario o cerámico. Preferiblemente, las varillas pueden comprender un metal (núcleo) opcionalmente rodeado o revestido parcial o totalmente por un material refractario o cerámico de tal manera que las varillas no sean conductoras de electricidad. Preferiblemente, el bloque de refuerzo puede estar formado de metal. Alternativamente, el bloque de refuerzo puede formarse a partir de un material refractario o cerámico.

Según una realización preferida, el calentador eléctrico comprende una pluralidad de elementos de camisa ensamblados entre sí en contacto directo entre sí para definir el bloque de camisa alargado, extendiéndose cada uno de la pluralidad de orificios longitudinales respectivamente a través de cada uno de los elementos de camisa; comprendiendo el tirante: al menos un par de bloques de refuerzo posicionados en costados laterales opuestos del bloque de camisa y una pluralidad de varillas montadas en los bloques de refuerzo y extendiéndose entre ellos para extenderse a través del bloque de camisa.

Al menos una parte, que incluye opcionalmente un revestimiento superficial del tirante y el bloque de camisa, está formada preferiblemente a partir del mismo material refractario resistente al calor y está posicionada en aplicación ajustada entre sí. Por consiguiente, la expansión térmica diferencial del bloque de camisa y el tirante se minimiza (debido a la elección del material), lo que permite que el calentador eléctrico funcione con altas temperaturas de calentamiento de hasta 1200 °C.

Preferiblemente, los orificios o canales huecos de los elementos de camisa están adaptados en sección transversal al tamaño de la sección transversal externa del elemento calentador. En el caso de un cable calentador 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 indebidos en el elemento calentador. En una realización, la sección transversal de estos orificios o canales puede comprender también espaciadores a lo largo del perímetro para centrar el elemento calentador en el orificio perpendicular al eje longitudinal.

La referencia dentro de la memoria descriptiva a'elemento calentadorabarca cables relativamente delgados y varillas calentadoras de sección transversal más grandes. Tal varilla o cable calentador comprende preferiblemente una aleación de hierro-cromo-aluminio (Fe-Cr-Al) o una aleación de níquel-cromo-hierro (Ni-Cr-Fe). Es adecuado un cable delgado con una sección transversal pequeña siempre que sea suficientemente rígido y estable para extenderse linealmente a lo largo del eje de cada orificio.

En muchos casos prácticos, la distancia interna máxima entre el elemento calentador y la superficie de revestimiento interno que define cada orificio o cada canal está entre 0,2 y 2 mm, pero también puede caer dentro de un intervalo más amplio entre 0,02 mm y 50 mm. Opcionalmente, un elemento calentador más grueso podría comprender a su vez un haz de varillas o cables individuales que, opcionalmente, están enclavados o retorcidos entre sí. Con tales realizaciones, la distancia interna mencionada anteriormente se define por la distancia interna entre el haz de varillas o cables con relación a la superficie interna que define cada orificio o canal longitudinal.

La referencia dentro de la memoria descriptiva a'carcasa'abarca aquellos componentes del calentador eléctrico que están posicionados alrededor del conjunto calentador montado internamente (que comprende el elemento o elementos calentadores y el bloque de camisa). Tales componentes pueden incluir puntales de soporte, fundas o alojamientos interiores o exteriores, tirantes de soporte (tanto internos como externos en el calentador), barras, varillas, radios, bridas espaciadoras o de soporte y similares. Opcionalmente, la carcasa puede comprender una funda generalmente cilíndrica que encapsule el conjunto calentador.

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

El elemento calentador se extiende a través de cada orificio o cada canal desde una abertura de entrada hasta una abertura de salida. El gas que se va a calentar fluye a través de los orificios o canales y a lo largo del elemento calentador. La sección transversal interior a lo largo de los orificios o canales no necesita ser constante, aunque esto se prefiera, para producir un espacio libre sustancialmente constante, en particular un espacio anular constante entre el elemento calentador y la superficie interior de cada orificio o cada canal. Cada orificio puede comprender salientes interiores, que están distribuidos a lo largo y alrededor de la superficie interior para mantener el elemento calentador a una distancia fija del resto de la superficie del orificio. Se logra un espacio anular sustancialmente constante a lo largo de al menos el 60% de la longitud axial de cada orificio o canal con la excepción de los salientes que se aplican al elemento calentador.

Cada uno de los elementos de camisa puede tener cualquier sección transversal poligonal. A este respecto, sería posible utilizar un tubo de sección transversal hexagonal u ortogonal o cualquier otro contorno poligonal externo para formar una parte lisa y plana común de una superficie externa. En particular, un contorno externo cuadrado o triangular de lados iguales de los elementos de camisa permite una disposición de ensamblaje altamente compacta de los elementos de camisa, en donde los tirantes pueden extenderse a lo largo de partes de superficie plana formadas por las caras laterales exteriores de los elementos de camisa dentro del conjunto como se describe en la presente memoria. Como resultado, se impide cualquier desplazamiento en la dirección longitudinal del eje común, así como la desviación lateral (una dirección perpendicular al mismo) siempre que al menos una parte del tirante se aplique a una superficie externa y/o a una región interior de los elementos de camisa/bloque de camisa.

También es posible utilizar elementos de camisa de diferentes secciones transversales poligonales en la misma agrupación para mejorar la compacidad y la estabilidad contra el desplazamiento con relación al eje común. En una realización de la presente invención, los elementos de camisa forman en una vista superior en sus caras de extremo y a lo largo del eje común una estructura de panal. Opcionalmente, la agrupación de elementos de camisa puede formar un cubo rectangular. Al menos las caras laterales exteriores de los elementos de camisa forman una superficie envolvente del conjunto que preferiblemente está en aplicación directa con al menos una parte del tirante. En una realización de la presente invención, todos los elementos de camisa de una agrupación tienen la misma sección transversal rectangular y en particular tienen una sección transversal cuadrada de lados iguales para formar una agrupación rectangular (en vista en planta a lo largo del eje (común) de los elementos de camisa).

Opcionalmente, cada uno de los elementos de camisa comprende al menos una ranura hendida en al menos una de sus caras laterales y alineada perpendicular al eje del elemento de camisa. En una realización, los elementos de camisa comprenden ranuras en múltiples caras laterales (p. ej., diferentes, opuestas o adyacentes) que pueden estar alineadas axialmente o desplazadas entre sí. Preferiblemente, las ranuras están previstas en caras laterales orientadas paralelas, diametralmente opuestas y están ubicadas en la misma posición axial. En otra realización de la presente invención, las varillas de refuerzo se fijan contra el desplazamiento a lo largo de los orificios mediante un conjunto alineado de ranuras.

Opcionalmente, las varillas se guían a través o se fijan en un soporte correspondiente acoplado con una parte de la superficie externa del conjunto calentador (los elementos de camisa), fijándose el soporte o soportes a la carcasa directa o indirectamente a través de un espaciador. Opcionalmente, el soporte o soportes pueden formarse integralmente con el espaciador o espaciadores y/o la carcasa. Opcionalmente, las varillas están formadas integralmente con los soportes, los espaciadores o la carcasa.

Opcionalmente, cada elemento de camisa puede comprender una nervadura, cresta, saliente o lengüeta separado de una ranura o rebaje correspondiente en la superficie externa para permitir que los elementos de camisa se enclaven o encajen a la perfección entre sí en una relación de enclavamiento. Tal disposición es ventajosa para inhibir el movimiento lateral de los elementos de camisa para formar un conjunto seguro denominado en la presente memoria bloque de la camisa. Opcionalmente, las proyecciones y rebajes/ranuras respectivos pueden extenderse longitudinalmente a lo largo de cada uno de los elementos de camisa entre el primer y segundo extremos respectivos. Opcionalmente, los salientes y rebajes/ranuras respectivos pueden extenderse a lo ancho o lateralmente a través de los elementos de camisa perpendiculares a los orificios alargados. Opcionalmente, los elementos de camisa pueden encajar a la perfección entre sí a través de perfiles en sección transversal curvados o poligonales correspondientes que tienen formas cooperantes de tal manera que las superficies externas de los elementos de camisa se posicionan en estrecho contacto entre sí sustancialmente a lo largo de toda su longitud axial. Como se indica, opcionalmente, el bloque de camisa puede formarse como un solo cuerpo que comprende una pluralidad de orificios alargados paralelos que se extienden entre el primer y segundo extremos longitudinales 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 en perspectiva de una parte de un calentador eléctrico según un aspecto de la presente invención;

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

la Figura 3 es una vista lateral en sección transversal de la parte del calentador eléctrico de la figura 1;

la Figura 4 es una sección transversal a través de A-A de la figura 3;

la Figura 5 es una vista en perspectiva de una parte de un elemento de camisa y un elemento calentador que forman parte del conjunto calentador de la figura 2 ;

la Figura 6 es otra vista en perspectiva de un par de elementos de camisa ensamblados entre sí en estrecho contacto.

Descripción detallada de la realización preferida de la invención.

Con 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 interna y externa 3b, 3a respectivamente) que define una cámara interna 4 abierta en ambos extremos axiales. Un conjunto calentador indicado generalmente por la referencia 5 está montado dentro de la cámara 4. El conjunto calentador 5 está formado a partir de una pluralidad de elementos 6 de camisa alargados longitudinales ensamblados y mantenidos juntos para formar un bloque 7 de camisa alargado longitudinal. Cada elemento 6 de camisa alargado comprende un orificio interno longitudinal 8 que se extiende longitudinalmente que se extiende a lo largo de toda la longitud de cada elemento 6 de camisa para estar abierto en un primer y segundo extremos axiales 7a, 7b del bloque 7 de camisa. El elemento 6 de camisa y el bloque 7 de camisa están formados como cuerpos huecos en los que la masa y el volumen sólidos se extienden continuamente entre el primer y segundo extremos axiales 7a, 7b. Es decir, los elementos 6 de camisa y los bloques 7 de camisa no son discontinuos entre los extremos respectivos 7a, 7b. Tal disposición es ventajosa para maximizar el alcance y la eficiencia de la transferencia de energía térmica dentro de los elementos 6 de camisa respectivos como se explica con más detalle en la presente memoria.

El bloque 7 de camisa está montado en su posición (dentro de la carcasa 2) a través de un par de espaciadores 9a, 9b en forma de disco posicionados 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 tal manera que los espaciadores 9a, 9b se aseguren a una superficie enfrentada interna 3b de la funda 3 a través de soldadura. Cada espaciador 9a, 9b comprende una abertura central 10 que tiene un perfil de forma rectangular y dimensionada para alojar el bloque 7 de camisa que también comprende un perfil externo de forma generalmente de cubo. Por consiguiente, el bloque 7 de camisa está montado dentro de cada abertura espaciadora 10 para que quede suspendido dentro de la cámara 4 y separado espacialmente de la superficie enfrentada interna 3b del manguito.

Un elemento calentador indicado generalmente por la referencia 11 está formado como una varilla alargada que tiene extremos respectivos 11d, 11e que sobresalen generalmente de uno de los extremos axiales del bloque 7 de camisa. Los extremos 11d, 11e se ilustran en las figuras 1 a 3 que sobresalen del extremo'caliente'7b del bloque 7 de camisa con fines ilustrativos. Los extremos 11d, 11e, se extienden preferiblemente desde el extremo'frío'7a del bloque 7 de camisa. El elemento calentador 11 comprende un perfil en sección transversal generalmente circular y está dimensionado ligeramente más pequeño que el área en sección transversal de cada orificio 8 del elemento de camisa. El elemento calentador único 11 está adaptado para extenderse secuencialmente a través de cada orificio alargado 8 del bloque 7 de camisa a través de secciones 11a y 11b de extremo axiales dobladas respectivas. En particular, el elemento calentador 11 que sale de un orificio 8 de un primer elemento 6 de camisa está doblado 180° (la sección 11 a de extremo del elemento calentador) 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 a través de secciones 11b de extremo dobladas. Los extremos 11d, 11e del elemento calentador pueden acoplarse a conexiones eléctricas para permitir que pase una corriente a través del elemento 11 , como se apreciará.

Con referencia a la figura 6, cada elemento 6 de camisa comprende cuatro caras laterales 6a, 6b, 6e y 6h que se extienden longitudinalmente que son generalmente planas de tal manera que cada elemento de camisa comprende un perfil externo con forma de sección transversal generalmente cuadrada adaptado para permitir que los elementos de camisa se asienten entre sí en contacto directo para formar un cuerpo unitario en forma de cubo rectangular en el que las caras laterales individuales de los elementos 6 de camisa forman las superficies enfrentadas externas del bloque 7 de camisa. Hay previsto un pequeño espacio entre cada abertura espaciadora 10 y las superficies externas del bloque 7 de camisa (definido por las caras laterales 6a, 6b, 6e, 6h del elemento de camisa). Tales espacios alojaron la expansión térmica diferencial de los espaciadores 9a, 9b (normalmente formados de metal) y los elementos 6 de camisa que están formados preferiblemente de un material refractario no conductor de electricidad. Sin embargo, al menos algo de soporte estructural del bloque 7 de camisa y del elemento calentador 11 lo proporcionan los espaciadores 9a, 9b (a través de las aberturas 10) que están al menos parcialmente en contacto con el bloque 7 de camisa. Para inhibir el movimiento axial y lateral de cada uno de los elementos 6 de camisa individuales (con relación a un eje longitudinal 20 que se extiende a través del calentador 1 ), cada elemento 6 de camisa comprende una ranura 6f y una nervadura correspondiente 6g que se extiende lateralmente a través de los elementos 6 de camisa y perpendicular al eje 20. Las ranuras 6f y las nervaduras 6g de los elementos 6 de camisa vecinos están adaptadas para enclavarse entre sí para proporcionar un bloque de camisa 7 que encaja parcialmente a la perfección resistente a fuerzas de carga axial y fuerzas de corte lateral. La disposición de ranuras y nervaduras (6f, 6g) de la figura 5 es complementaria a la sujeción posicional del conjunto calentador 5 a través de espaciadores 9a, 9b.

Con referencia a las figuras 2, 3 y 4, el presente calentador eléctrico está configurado específicamente con al menos un tirante indicado generalmente por la referencia 12 (denominado alternativamente unidad de estabilización del conjunto calentador) configurado para estabilizar posicionalmente el conjunto calentador 5 (que abarca el bloque 7 de camisa) y el elemento calentador 11) dentro del calentador eléctrico 1 y en particular con relación a la carcasa 2. Tal disposición es ventajosa para minimizar el movimiento independiente del conjunto calentador 5 dentro del calentador 1 y con respecto a la carcasa 2.

Como se apreciará, las dimensiones del elemento calentador 11 y los orificios 8 se controlan cuidadosamente para lograr un pequeño espacio de separación deseado entre la superficie orientada hacia dentro de cada orificio 8 y la superficie externa del elemento calentador 11. Tal disposición es ventajosa para maximizar la efectividad y eficiencia de la transferencia de energía térmica desde el elemento 11 hasta un flujo de un medio en fase gaseosa introducido inicialmente como un flujo 14a de entrada en la cámara 4 en el extremo axial 7a para luego fluir a través de cada uno de los orificios 8 y salir del conjunto calentador 5 en el extremo axial 7b como un flujo 14b de salida. Cuando el calentador eléctrico 1 está suspendido verticalmente en uso, el contacto indeseable entre las secciones 11 a, 11 b de extremo dobladas y las caras 6c de extremo, 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 al elemento calentador 11 y una reducción correspondiente en la vida útil del calentador 1. Para mitigar esto, el tirante 12 está adaptado específicamente para inhibir y en particular impedir cualquier movimiento axial y lateral independiente del bloque 7 de camisa con relación al elemento calentador 11.

Ventajosamente, el tirante 12 está posicionado en o hacia un extremo axial'frío'(más cercano a la temperatura ambiente) del conjunto 5 de calentamiento correspondiente al flujo 14a de entrada de gas con relación a un extremo axial'caliente'(a temperaturas de hasta 1200 °C) para la salida 14b de gas calentado. El primer extremo axial'frío'7a es la región de menor tensión (menor diferencial de temperatura) con relación al segundo extremo axial 7b y, por lo tanto, la estabilización hacia el primer extremo axial 7a es más práctica y eficaz.

Con referencia a las figuras 4 y 5, el tirante 12 comprende un par de soportes espaciados 15 que están asegurados a una cara frontal 16 del espaciador 9a para sobresalir hacia delante dentro del flujo 14a de gas entrante. Los orificios 17 se extienden a través de cada soporte 15 a lo largo del eje 16 que se extiende perpendicular al eje longitudinal principal 20 del calentador 1. Una varilla (o barra) alargada 18 está montada dentro de cada perforación 17 para centrarse en el eje 16 y extenderse entre cada uno de los Soportes opuestos 15 y lateralmente a través del bloque 7 de camisa. La presente invención comprende una pluralidad de varillas 18 de estabilización, cada una de las cuales se extiende a través del bloque 7 de camisa, paralelas entre sí y perpendiculares al eje longitudinal principal 20.

Cada elemento 6 de camisa, además de las nervaduras y ranuras 6g, 6f de la figura 6, también comprende un par adicional de ranuras 19a, 19b ubicadas en una posición axial diferente a lo largo de la longitud de cada elemento 6 de camisa con relación a la nervadura y ranuras 6g, 6f de la figura 6. Con referencia a la figura 5, hay previstas ranuras 19a, 19b en caras laterales diametralmente opuestas 6b, 6e en la misma posición axial a lo largo de la longitud del elemento 6 de camisa para extenderse lateralmente a través del elemento 6 de camisa perpendicular al eje principal 20. Cada ranura 19a, 19b comprende un perfil en sección transversal semicircular (con relación al eje 16) para corresponder a una parte de la superficie externa de una varilla 18. Por consiguiente, cuando los elementos 6 de camisa están dispuestos juntos para formar la agrupación (bloque 6 de camisa), como se ilustra en la figura 4, las ranuras 19a, 19b de los elementos 6 de camisa vecinos se alinean para definir los canales 19 (denominados alternativamente perforaciones) de sección transversal circular. Los canales 19 se extienden lateralmente a través del bloque 7 de camisa y están configurados para alojar una varilla respectiva 18. Los canales 19 están posicionados lateralmente al lado de los orificios principales 7 para no interferir con los orificios 7 y el elemento calentador 11 conductor de electricidad. Según la implementación específica preferida, cada varilla 18 comprende un núcleo metálico rodeado por un revestimiento refractario. Tal disposición es ventajosa para minimizar cualquier expansión térmica diferencial de las varillas 18 y el bloque 7 de camisa. Por consiguiente, el presente calentador eléctrico a través de los soportes 15 está configurado para estabilizar el conjunto calentador 5 en la región 6a, 6b, 6e, 6h de superficie externa y también para proporcionar estabilización a través del contacto interno del bloque 7 de camisa a través de las varillas 18.

Aunque se ilustra y describe el calentador eléctrico que comprende un único par de soportes 15 y un primer conjunto de varillas 18 correspondiente, el calentador 1 puede, según implementaciones específicas adicionales, comprender múltiples pares de soportes 15 y conjuntos de varillas 18. Tales pares adicionales y conjuntos pueden estar previstos en diferentes regiones a lo largo de la longitud axial del conjunto calentador 5 entre los extremos axiales 7a, 7b. Tales disposiciones serían ventajosas para estabilizar el conjunto calentador 5 a lo largo de su longitud axial. Alternativamente, los múltiples pares y conjuntos de tirantes 12 pueden ubicarse hacia el extremo'frío'(7a) del flujo 14a de entrada de gas.

El presente calentador eléctrico que tiene un conjunto calentador 5 estabilizado axial y lateralmente está configurado con una vida útil de funcionamiento extendida a través de un movimiento independiente minimizado del bloque 7 de camisa con relación al elemento calentador 11 y la carcasa 2. La efectividad y eficiencia de la transferencia de energía térmica dentro del presente calentador eléctrico es proporcionada por los elementos calentadores 6 que se extienden continuamente longitudinalmente (axialmente) entre los extremos respectivos 7a, 7b. En particular, el elemento calentador 11 está alojado, cubierto y contenido total y continuamente por los elementos 6 de camisa alargados entre los extremos 7a, 7b.

Como se apreciará, si bien la presente invención se describe con referencia a soportes 15 y varillas alargadas 18 insertadas a través del bloque 7 de camisa, la misma estabilización se puede lograr a través de componentes y disposiciones alternativos en los que una región externa y/o interna del bloque 7 de camisa está en contacto con al menos uno o más componentes y/o elementos de tope que están asegurados, directa o indirectamente, a la carcasa 2 (por ejemplo, a través de espaciadores intermedios 9a, 9b). Por ejemplo, tales componentes de tope pueden comprender pestañas, salientes, ojales, elementos en forma de gancho, placas, fundas, alambres, cables, pasadores, mallas, rejillas o arandelas adaptadas para el contacto de tope en las regiones externas y/o internas del bloque 7 de camisa.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

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

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

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

al menos un elemento calentador (11 ) que se extiende axialmente a través de los orificios o canales (8), formando el al menos un elemento calentador (11) y el bloque (7) de camisa un conjunto calentador (5);

una carcasa (2) posicionada para rodear al menos parcialmente el conjunto calentador (5);

al menos un tirante (12) conectado a la carcasa (2) o que sobresale de ella para hacer contacto con el bloque (7) de camisa para inhibir el movimiento axial y/o lateral del bloque (7) de camisa con relación a la carcasa (2) y

en donde la carcasa (2) comprende una funda exterior (3) que rodea el conjunto calentador (5) y el al menos un tirante (12) se extiende radialmente entre la funda (3) y el bloque (7) de camisa y

caracterizado por que

la carcasa comprende además al menos un espaciador (9a, 9b) que se extiende radialmente desde la funda (3) y hacia el bloque (7) de camisa, estando el tirante (12) montado en o extendiéndose desde el espaciador (9a, 9b) para hacer contacto con el bloque (7) de camisa y

en donde el tirante (12 ) comprende una pluralidad de varillas (18) que se extienden hacia el interior y a través del bloque (7) de camisa en regiones entre los orificios o canales longitudinales (8).

2. El calentador eléctrico según la reivindicación 1, en donde el tirante (12) comprende un bloque (15) de refuerzo posicionado en o hacia una región radialmente interior del espaciador (9a, 9b).

3. El calentador eléctrico según la reivindicación 2, en donde el tirante (12) comprende al menos un par de bloques (15) de refuerzo posicionados en costados laterales opuestos del bloque (7) de camisa y las varillas (18) están montadas en los bloques (15) de refuerzo y extendiéndose entre ellos para extenderse a través del bloque (7) de camisa.

4. El calentador eléctrico según la reivindicación 3, que comprende:

al menos un primer par de bloques (15) de refuerzo posicionados en los costados laterales del bloque (7) de camisa;

un primer conjunto de las varillas (18) que se extiende a través y a lo largo del bloque (7) de camisa entre los bloques (15) de refuerzo y un segundo conjunto de las varillas (18) que se extienden a través del bloque (7) de camisa perpendicular al primer conjunto de las varillas (18).

5. El calentador eléctrico según la reivindicación 3, que comprende:

un primer par de bloques (15) de refuerzo y un primer conjunto de las varillas (18) que se extienden a través del bloque (7) de camisa; y

un segundo par de bloques (15) de refuerzo y un segundo conjunto de las varillas (18) que se extienden a través del bloque (7) de camisa;

en donde el segundo par de bloques (15) de refuerzo están posicionados en diferentes costados laterales del bloque (7) de camisa con relación al primer par y el segundo conjunto de varillas (18) se extiende generalmente perpendicular al primer conjunto de las varillas (18).

6. El calentador eléctrico según la reivindicación 5, en donde el primer par de bloques (15) de refuerzo y el segundo par de bloques (15) de refuerzo están posicionados en regiones diferentes a lo largo de una longitud del bloque (7) de camisa entre los extremos longitudinales (7a, 7b).

7. El calentador eléctrico según cualquier reivindicación anterior cuando depende de la reivindicación 4, en donde el bloque (7) de camisa comprende una pluralidad de canales (19) que se extienden generalmente perpendiculares a los orificios o canales longitudinales (8) para recibir las varillas (18).

8. El calentador eléctrico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una pluralidad de elementos (6) de camisa ensamblados entre sí como un cuerpo unitario.

9. El calentador eléctrico según la reivindicación 8 cuando depende de la reivindicación 10, en donde cada uno de los elementos (6) de camisa comprende al menos una primera y una segunda ranuras (19a, 19b) hendidas en las superficies externas del elemento de camisa de tal manera que la primera y segunda ranuras (19a, 19b) de elementos (6) de camisa vecinos o adyacentes se alinean para definir uno de los canales respectivos (19) para recibir una de las varillas respectivas (18).

10. El calentador eléctrico según la reivindicación 9, en donde cada uno de los elementos (6) de camisa comprende un saliente (6g) en una primera región y una ranura (6f) en una segunda región de al menos una superficie externa, el saliente (6g) de uno de los elementos (6) de camisa configurado para asentarse al menos parcialmente dentro de la ranura (6f) de un elemento (6) de camisa adyacente para enclavar al menos parcialmente los elementos (6) de camisa.

11. El calentador eléctrico según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en donde cada uno de los elementos (6) de camisa comprende un perfil en sección transversal exterior poligonal o rectangular.

12. El calentador eléctrico según la reivindicación 11 cuando depende de la reivindicación 10, en donde el saliente (6g) y la ranura (6f) están previstos en caras laterales diferentes (6b, 6c) de cada elemento (6) de camisa respectivo.

13. El calentador eléctrico según cualquier reivindicación anterior cuando depende de la reivindicación 1, en donde cada uno de los espaciadores (9a, 9b) comprende un elemento en forma de disco parcial que tiene una abertura central (10) a través de la cual se extiende una parte del bloque (7) de camisa.

14. El calentador eléctrico según la reivindicación 13, en donde la carcasa (2) comprende una funda (3) generalmente cilíndrica que encapsula el conjunto calentador (5).

15. El calentador eléctrico según la reivindicación 14, en donde los espaciadores (9a, 9b) están fijados a una superficie radialmente interior (3b) de la funda (3).

16. El calentador eléctrico según la reivindicación 1, que comprende una pluralidad de elementos (6) de camisa ensamblados entre sí en contacto directo entre sí para definir el bloque (7) de camisa alargado, extendiéndose cada uno de la pluralidad de orificios o canales longitudinales (8) respectivamente a través de cada uno de los elementos (6) de camisa y; comprendiendo el tirante al menos un par de bloques (15) de refuerzo posicionados en costados laterales opuestos del bloque (7) de camisa y una pluralidad de varillas (18) montadas en los bloques (15) de refuerzo y extendiéndose entre ellos para extenderse a través del bloque (7) de camisa.