ES2198395T5 - Elemento calentador con integracion de dispositivo de seguridad termico. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de calentamiento eléctrico (1) constituido por una envoltura tubular (2), en cuyo interior está alojado un elemento de calentamiento (4) envuelto en material aislante (3), estando el citado elemento de calentamiento (4) conectado a un circuito eléctrico de alimentación mediante varillas y patillas (10, 12) de conexión (14), estando equipada la citada envoltura tubular (2) con dos perlas cilíndricas de taponamiento, dispuestas en sus extremidades, estando como mínimo una de estas perlas, la llamada perla específica (16) en contacto directo con el material aislante (3) que envuelve al elemento de calentamiento (4), caracterizado porque la perla específica (16) comprende una cavidad (18) que la atraviesa axialmente en la cual está insertado un fusible térmico (20) conectado eléctricamente en serie con el elemento de calentamiento (4).
Description
Elemento calentador con integración de
dispositivo de seguridad térmico.
La presente invención se refiere a un elemento
de calentamiento eléctrico del tipo elemento blindado y más
concretamente a la integración de un dispositivo de seguridad
térmica a este elemento.
En el campo de los elementos de calentamiento
del tipo blindado, es decir de los que constan de una envoltura
tubular en cuyo interior está situado un elemento de calentamiento
inmerso en un aislante, se conoce, por el documento DE 34 33 688,
un cuerpo de calentamiento tubular que contiene una hélice de
alambre resistivo de calentamiento rodeada de un polvo de materia
aislante tal como magnesia. Un elemento de protección térmica está
conectado en serie a la hélice de calentamiento en el interior del
tubo. Este elemento de protección es una perla fusible que, en caso
de sobrecalentamiento, libera un resorte de compresión lo que
permite interrumpir definitivamente el circuito de alimentación de
la hélice de calentamiento.
Este elemento de protección corresponde pues a
un fusible conectado en serie con el elemento de calentamiento en
la envoltura tubular, precisando una conexión intermedia. Por otro
lado, el confinamiento del fusible en el centro del elemento de
calentamiento es origen de una posible reionización del gas
alrededor del fusible cuando este último se vaporiza por un
sobrecalentamiento del dispositivo, pudiendo dar lugar, en el centro
de la materia aislante al cierre del circuito eléctrico de
alimentación que acaba de ser abierto. Esta posibilidad de
funcionamiento incorrecto del dispositivo de seguridad debe ser
evitada en lo posible ya que sus consecuencias pueden ser
graves.
El documento JP 6267641 anuncia un elemento de
respuesta a los problemas citados anteriormente. El elemento de
calentamiento presentado en este documento se muestra en la figura
1. Así, un elemento de calentamiento 70 consta de una resistencia
en forma de hélice 72 contenida en un primer tubo 71 en el interior
de un material pulverulento aislante 73. La resistencia en forma de
hélice 72 está soportada por dos patillas de conexión 78a y 78b a
través de dos perlas de taponamiento 74a y 74b dispuestas en las
extremidades de este primer tubo 71. Un fusible 77 de protección
térmica está situado entre la perla 74b y una tercera perla 76b de
extremidad, dispuesta en un segundo tubo 75 que contiene el primer
tubo. Este fusible está conectado a la patilla 78b así como a una
patilla 78c conectada al circuito eléctrico de alimentación. En su
extremidad opuesta, una cuarta perla 76a, atravesada por la patilla
78a asegura el taponamiento del segundo tubo.
En este dispositivo, el fusible no está alojado,
desde luego, en el seno del elemento de calentamiento, pero lo cual
no quiere decir que esté confinado entre dos perlas de taponamiento,
lo que no suprime totalmente los riesgos de reionización del gas
circundante después del disparo del mecanismo, constituyendo
especialmente la perla 76b un freno térmico. Además, la inserción
del fusible necesita una conexión específica. Globalmente, son
necesarias cuatro perlas y dos tubos para la obtención de un
elemento de calentamiento que comprende un fusible térmico en una
de sus extremidades, lo que aumenta de forma notable el precio de
coste del conjunto.
El documento DE 4243894 A1 describe un
dispositivo de calentamiento eléctrico constituido por una envoltura
tubular, en cuyo interior está alojado un elemento de calentamiento
rodeado de un material aislante, estando conectado el citado
elemento de calentamiento a un circuito eléctrico de alimentación
mediante varillas y patillas de conexión, comprendiendo la citada
envoltura tubular, en una extremidad, un fusible térmico alojado en
un espacio distinto de aquel donde está situado el elemento de
calentamiento. El fusible está, sin embargo, confinado en un
espacio cerrado por dos perlas de taponamiento.
El objetivo de la presente invención es subsanar
los inconvenientes de la técnica anterior presentando un
dispositivo de calentamiento eléctrico constituido por una envoltura
tubular, en cuyo interior está alojado un elemento de calentamiento
envuelto en material aislante, estando conectado el citado elemento
de calentamiento a un circuito eléctrico de alimentación mediante
varillas y patillas de conexión, estando provista la citada
envoltura tubular de dos perlas cilíndricas de taponamiento
dispuestas en sus extremidades, estando como mínimo una de estas
perlas, llamada perla específica, en contacto directo con el
material aislante que envuelve al elemento de calentamiento,
comprendiendo la perla específica una cavidad que la atraviesa
axialmente, en la que está insertado un fusible térmico montado
eléctricamente en serie con el elemento de calentamiento.
Según la invención, la cavidad comprende un
estrechamiento a la altura de la extremidad en contacto con el
interior del tubo, contra el cual está posicionado el fusible.
Mediante esta disposición, se reduce el número
de elementos componentes del dispositivo ya que una perla asegura a
la vez el taponamiento estanco del material aislante que envuelve al
elemento de calentamiento, pero igualmente el mantenimiento y la
protección de la caja del fusible. Así, sin elemento suplementario
salvo la envoltura tubular y las dos perlas de taponamiento, es
posible constituir, no solamente el conjunto de calentamiento, sino
también la adición de un fusible térmico. Este dispositivo evita,
por otro lado, el cableado entre el elemento de calentamiento y el
fusible en el interior del dispositivo, así como los medios
específicos de mantenimiento y de protección del fusible en el
producto.
Ventajosamente, el elemento de calentamiento
tiene forma de hélice y se monta comprimido en la envoltura
tubular.
Esta configuración permite, especialmente, que
las perlas de taponamiento ligadas a las extremidades del elemento
de calentamiento, se mantengan apoyándose sobre las extremidades de
la envoltura tubular sin necesidad de ninguna pieza específica.
Junto con el esfuerzo de tracción ejercido por
el elemento en forma de hélice, el estrechamiento realizado en la
cavidad permite posicionar correcta y sistemáticamente el fusible en
la cavidad, sin necesidad de ninguna herramienta. Esto permite,
igualmente, asegurar el taponamiento del tubo enfrente del material
aislante que envuelve al elemento de calentamiento.
Según una modalidad de realización preferida de
la invención, el fusible térmico comprende una caja en cuyo
interior está alojado un muelle de compresión que ejerce una presión
entre, por un parte, una pastilla térmica situada en la extremidad
externa de la caja y en contacto con una patilla de conexión externa
A, por otra parte, un primer disco deslizable central empujado para
apoyar contra una varilla de conexión interna, y ello en contra de
una fuerza de recuperación ejercida por un muelle de apertura
coaxial en la varilla de conexión. Esta asociación permite, cuando
la pastilla térmica se vaporiza, abrir el circuito eléctrico de
alimentación del elemento de calentamiento con la ayuda de los dos
muelles de compresión y de apertura, al aflojarse y llevarse el
primer disco de contacto, en el espacio dejado libre por la
pastilla, fuera pues del contacto de la varilla de conexión.
Ventajosamente, la varilla de conexión está
envuelta, en el seno del fusible térmico, por un material aislante,
lo que permite igualmente centrar y/o mantener la varilla de
conexión separada de la caja del fusible.
Ventajosamente, la pastilla térmica está situada
en la extremidad de la caja del fusible situada fuera de la
envoltura tubular.
Esto permite una reactividad mejor controlada de
la protección que constituye el fusible térmico, al alejarlo
ligeramente del elemento de calentamiento.
Por otro lado, el contacto directo entre la
pastilla y una de las patillas de conexión externa evita la
reionización del gas producida en el momento de la fusión de la
pastilla, especialmente al permitir la evacuación rápida de las
calorías generadas.
Además, este escape térmico, por otro lado
completamente relativo, garantiza igualmente un mejor envejecimiento
del fusible, evitando su disparo repentino a una temperatura más
baja que aquella para la que ha sido contrastado.
La presente invención se comprenderá mejor con
la ayuda de la descripción que se expone seguidamente con referencia
a las figuras adjuntas entre las cuales:
- la figura 1 representa un estado de la técnica
anterior descrito anteriormente,
- la figura 2 es una vista en sección del
dispositivo de calentamiento a la altura de la extremidad de la
envoltura tubular que comprende el fusible térmico,
- la figura 3a es una vista detallada del
fusible térmico en estado de funcionamiento sin haberse producido
el disparo del mecanismo,
- la figura 3b es una vista detallada idéntica a
la vista 3a, pero tras haberse producido el disparo del mecanismo de
ruptura del citado fusible.
\vskip1.000000\baselineskip
Según la invención, un dispositivo de
calentamiento 1 se expone en la figura 2 con la forma conocida
corrientemente como resistencia blindada. Este dispositivo
comprende una envoltura tubular 2 en cuyo interior está alojado un
elemento de calentamiento con forma de hélice 4 envuelto con
material aislante 3, como magnesia. Dos perlas para el taponamiento
de este material aislante están dispuestas en cada extremidad de la
envoltura tubular 2. Al menos una de estas perlas, la llamada perla
específica tal como se describirá más adelante, está en contacto
directo con el material aislante 3 que envuelve el elemento de
calentamiento con forma de hélice 4, tal que es perfectamente
visible en la figura 2. Con preferencia, las dos perlas de
taponamiento están en contacto directo con el citado material
aislante.
Las extremidades 6 del elemento de calentamiento
4 están dispuestas, por ejemplo mediante soldadura, cada una
alrededor de una conexión cilíndrica o de un guardacabos 8 que sirve
para conectar el elemento de calentamiento al circuito eléctrico
externo de alimentación. Esta conexión cilíndrica está así
prolongada por una varilla de conexión eléctrica 10. En una de
estas extremidades (no representada) de la envoltura tubular 2, la
varilla de conexión eléctrica 10 atraviesa una de las perlas de
taponamiento a fin de establecer contacto eléctrico con el circuito
externo de alimentación.
En la otra extremidad de la envoltura tubular,
la segunda perla de taponamiento, llamada perla específica 16, es
cilíndrica y comprende un vaciado 18 que la atraviesa axialmente.
Este vaciado está destinado a recibir un fusible térmico 20. El
fusible se montará en el vaciado, preferentemente, con un juego
mínimo.
\global\parskip0.930000\baselineskip
Por otro lado, el vaciado comprende una zona
estrechada en su parte interna, es decir, la situada del lado del
elemento de calentamiento en forma, por ejemplo, de cono 21. Este
cono coopera con el fusible térmico 20 que presenta igualmente una
parte cónica 22 para impedir a este último deslizarse hacia el
elemento de calentamiento.
Por otro lado, el elemento de calentamiento con
forma de hélice se monta comprimido en la envoltura tubular, de
forma que el fusible experimente una fuerza de tracción que tienda a
mantenerlo contra la parte cónica 22 del vaciado, asegurando a la
vez un taponamiento del elemento de calentamiento pero, igualmente,
el mantenimiento del fusible y, conjuntamente, el mantenimiento de
la perla 16 en la envoltura tubular.
El fusible térmico 20 está conectado en serie
con el elemento de calentamiento 4 por mediación de la varilla de
conexión 10. Está conectado al circuito eléctrico exterior de
alimentación por mediación de una patilla 12 que lleva un
conectador 14. Este fusible forma así el vínculo o la unión entre el
circuito eléctrico exterior y el interior de la envoltura
tubular.
Con relación a la envoltura tubular 2, el
fusible 20 puede estar situado parcialmente en el interior de la
citada envoltura o totalmente dentro o fuera de la citada envoltura,
según las características de la reacción térmica deseada para el
dispositivo de protección.
Este fusible permite, en efecto, cortar el
suministro eléctrico del elemento de calentamiento en caso de que
no funcione el elemento regulador del aparato, provocando un
sobrecalentamiento de la resistencia.
El calibrado del fusible, así como su posición
en la envoltura tubular 2 están adaptados a la temperatura obtenida
a la altura de la perla en el momento de un sobrecalentamiento,
temperatura que es menor que en el centro del elemento de
calentamiento.
El fusible térmico 20 está detallado en las
figuras 3a y 3b que muestran su estado respectivamente antes y
después del disparo del mecanismo, es decir, en estado de reposo y
en estado de corte, respectivamente.
Así, en la figura 3a, el fusible térmico 20
comprende una caja 23 en cuyo interior está alojada una pastilla
térmica 24 que presenta la particularidad de que se vaporiza cuando
es sometida a una temperatura dada, que corresponde en nuestro caso
a un sobrecalentamiento del elemento de calentamiento.
Esta pastilla está dispuesta en la extremidad
externa, es decir la más alejada del elemento de calentamiento, de
modo que no presente una reactividad demasiado grande que podría
ocasionar su vaporización cuando el elemento de calentamiento no se
encuentre en un estado de sobrecalentamiento.
A fin de interrumpir el circuito eléctrico de
alimentación del elemento de calentamiento, el fusible comprende un
primer muelle de compresión 28 montado entre dos discos 26. Uno de
estos discos está en contacto con la pastilla 24, mientras que el
otro asegura la conexión entre este primer muelle 28 y un tercer
disco 30 dispuesto contra la fuerza antagonista de un segundo
muelle 32. El disco 30 está en contacto con la varilla de conexión
10 inmovilizado en la caja 23 por un material aislante 34, con la
ayuda, especialmente, de los desenganches 38 en la varilla de
conexión.
En el estado no disparado de mecanismo, el
muelle 28 comprime el disco interno 26 y el disco de contacto 30
contra la extremidad de la varilla de conexión 10, asegurando la
continuidad del circuito eléctrico de alimentación para la pastilla
térmica.
Por esto, el disco 30 se presenta en forma de
contacto en estrella a fin de asegurar un buen contacto eléctrico.
Son posibles igualmente otras formas sin salirse del marco de la
presente invención.
Por otro lado, la caja 23 comprende una abertura
40 en la extremidad donde está alojada la pastilla térmica, a nivel
de la conexión con la patilla 12, lo que permite un contacto directo
entre la pastilla 24 y la patilla 12. Además, a nivel de esta
conexión la caja está expuesta al aire libre mediante la cavidad
18.
Así, cuando la pastilla térmica se volatiliza,
las calorías generadas pueden disiparse principal y rápidamente a
la vez por intercambio con el aire ambiente, gracias a la cavidad
18, así como igualmente por conducción a través de la patilla 12.
Entonces, los riesgos de ionización son muy bajos, lo que
proporciona una gran fiabilidad al dispositivo.
La volatilización de la pastilla térmica
ocasiona la liberación de los dos muelles 28 y 32, lo que da lugar
a un equilibrio mecánico cuando, especialmente el disco 30, ya no
está en contacto con la varilla de conexión 10. El circuito
eléctrico de alimentación del elemento de calentamiento es entonces
interrumpido.
La utilización de un fusible térmico clásico
como sustituto del borne de conexión habitual del elemento de
calentamiento, integrando la protección térmica en la resistencia,
permite además una toma directa de temperatura al suprimir un
difusor, restituyendo la inercia térmica de forma más rápida y más
fiable. El elemento de calentamiento está así autorregulado.
Además, gracias a la presente invención, el
fusible se posiciona en una sola operación en el momento de la
fijación de la perla de taponamiento. No se trata pues de una pieza
adicional que requiera etapas suplementarias para su integración en
el seno del dispositivo de calentamiento. Se reducen así los costes
y los tiempos de montaje.
Claims (5)
1. Dispositivo de calentamiento eléctrico (1)
constituido por una envoltura tubular (2), en cuyo interior está
alojado un elemento de calentamiento (4) envuelto en material
aislante (3), estando el citado elemento de calentamiento (4)
conectado a un circuito eléctrico de alimentación mediante varillas
y patillas (10,12) de conexión (14), estando equipada la citada
envoltura tubular (2) con dos perlas cilíndricas de taponamiento,
dispuestas en sus extremidades, estando como mínimo una de estas
perlas, la llamada perla específica (16) en contacto directo con el
material aislante (3) que envuelve al elemento de calentamiento (4),
comprendiendo la perla específica (16) una cavidad (18) que la
atraviesa axialmente en la cual está insertado un fusible térmico
(20) conectado eléctricamente en serie con el elemento de
calentamiento (4), caracterizado porque la cavidad (18)
comprende un estrechamiento (21) a la altura de la extremidad en
contacto con el interior del tubo, contra el cual está posicionado
el fusible.
2. Dispositivo de calentamiento eléctrico (1)
según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento
de calentamiento (4) tiene forma de hélice y se monta comprimido en
la envoltura tubular (2).
3. Dispositivo de calentamiento eléctrico (1)
según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque el fusible térmico (20) comprende una caja (23) en cuyo
interior está alojado un muelle de compresión (28) que ejerce
presión entre, por un lado, una pastilla térmica (24) situada en la
extremidad externa de la caja y en contacto con una patilla de
conexión externa (12) y, por otro lado, un disco (26) deslizable
central empujado para apoyar contra una varilla de conexión interna
(10), y esto en contra de una fuerza de recuperación ejercida por
un muelle (32) de apertura coaxial en la varilla de conexión
(10).
4. Dispositivo de calentamiento eléctrico (1)
según la reivindicación 3, caracterizado porque la varilla de
conexión (10) está envuelta, en el seno del fusible térmico (20)
por un aislante (34).
5. Dispositivo de calentamiento eléctrico (1)
según una de las reivindicaciones 3 ó 4, caracterizado porque
la pastilla térmica (24) está situada en la extremidad de la caja
del fusible situada fuera de la envoltura tubular (2).
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