ES2346278B1 - HEATING UNIT FOR LIQUID HEATERS. - Google Patents
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Abstract
Unidad de calentamiento para calentadores de líquidos, formada por, al menos, dos hilos resistivos (17) doblados en "U", los cuales van alojados dentro de un único blindaje tubular (16), junto con una masa aislante árida (19) de magnesia (MgO) que rellena el interior del blindaje tubular (16).Heating unit for heaters liquids, consisting of at least two bent resistive wires (17) in "U", which are housed within a single shield tubular (16), together with an arid insulating mass (19) of magnesia (MgO) that fills the inside of the tubular shield (16).
Description
Unidad de calentamiento para calentadores de líquidos.Heating unit for heaters liquids
La presente invención se refiere a una unidad de calentamiento para calentadores de líquidos, de aplicación a nivel doméstico e industrial con una realización de dicha unidad que mejora la transferencia de energía calorífica por conducción y/o convección a los medios de aplicación.The present invention relates to a unit of heating for liquid heaters, level application domestic and industrial with an embodiment of said unit that improves the transfer of heat energy by conduction and / or convection to the means of application.
Es conocida la utilización de resistencias eléctricas para calentamiento, constituidas por una envolvente tubular rodeando a un material aislante que cubre a su vez al material conductor eléctrico semirresistente. Una realización de resistencias de este tipo comprende un elemento cerámico que actúa como aislante, presentando dicho elemento cerámico unos orificios longitudinales, que pueden ser de contorno cerrado o abierto, en los que van introducidos los elementos resistivos eléctricos. Los elementos resistivos presentan en su extremo unas varillas para la conexión eléctrica. El elemento cerámico con los elementos resistivos alojados en su interior, se introduce en un alojamiento tubular que está en contacto directo con el líquido a calentar de forma que la transmisión de calor se realiza por convección. El inconveniente de este tipo de resistencias eléctricas es el alto coste de fabricación debido al elemento cerámico.The use of resistors is known electric heating, consisting of an envelope tubular surrounding an insulating material that in turn covers the semi-resistant electrical conductor material. An embodiment of resistors of this type comprise a ceramic element that acts as an insulator, said ceramic element having holes longitudinal, which can be closed or open contour, in the that the electrical resistive elements are introduced. The resistive elements have at their end some rods for the Electric connection. The ceramic element with the elements resistives housed inside, is introduced into a housing tubular that is in direct contact with the liquid to be heated from so that the heat transmission is carried out by convection. He disadvantage of this type of electrical resistors is the high manufacturing cost due to the ceramic element.
Otra realización de resistencias calefactoras consta de dos o más resistencias blindadas dobladas en forma de horquilla y dispuestas transversalmente la una a la otra, y en cuyos extremos se insertan las correspondientes varillas de conexión eléctrica. Al carecer de elemento cerámico, con esta realización se abarata el coste de producción, pero presenta el inconveniente de que la superficie de transmisión de calor entre las resistencias blindadas y el alojamiento que está en contacto con el líquido a calentar es muy pequeña, y además, al encerrar un gran volumen de aire, la conducción térmica es menor que en las resistencias con elemento cerámico.Another embodiment of heating resistors consists of two or more armored resistors folded in the form of fork and arranged transversely to each other, and in whose ends the corresponding connecting rods are inserted electric Lacking ceramic element, with this embodiment you lowers the cost of production, but has the disadvantage of that the heat transfer surface between the resistors armored and housing that is in contact with the liquid to heating is very small, and also, when enclosing a large volume of air, thermal conduction is lower than in resistors with ceramic element.
Una solución que resuelve los inconvenientes señalados en la realización anterior, es la propuesta por la Patente ES 1018080, de la misma titular que la presente solicitud, cuyo objeto es una resistencia eléctrica blindada perfeccionada que se constituye a partir de una resistencia que se dobla adoptando forma de "U" plegando sus ramas, posteriormente esta configuración se prensa para obtener una forma cilíndrica que permite su acoplamiento en el alojamiento al que se destine.A solution that solves the inconveniences indicated in the previous embodiment, is the one proposed by the Patent ES 1018080, of the same owner as the present application, whose object is a perfected shielded electrical resistor that constitutes from a resistance that bends taking form of "U" folding its branches, later this configuration is press to obtain a cylindrical shape that allows its coupling in the accommodation to which it is intended.
Según la invención, se propone una unidad de calentamiento para calentadores de líquidos que consta de, al menos dos elementos resistivos o bucles envueltos por un tubo de blindaje exterior y que presentan en sus extremos unas varillas soldadas, en las que se disponen los terminales para la conexión de los cables eléctricos de alimentación. Los elementos resistivos se doblan adoptando forma de "U" de forma que los terminales de conexión independientes salen todos ellos a través de una placa soporte que cierra el tubo de blindaje, en cuyo interior los elementos resistivos quedan aislados por un relleno árido de magnesia (MgO), que hace de aislante eléctrico.According to the invention, a unit of heating for liquid heaters consisting of at least two resistive elements or loops wrapped by a shield tube exterior and that have welded rods at their ends, in which are arranged terminals for cable connection electric power. The resistive elements bend adopting a "U" shape so that the connection terminals independents leave all of them through a support plate that close the armor tube, inside which the elements Resistors are isolated by an arid magnesia filler (MgO), It makes electrical insulator.
En esta unidad de calentamiento la transmisión de calor tiene lugar por conducción, entre los elementos resistivos y el tubo de blindaje, a través del relleno de magnesia.In this heating unit the transmission of heat takes place by conduction, between the resistive elements and the shield tube, through the magnesia filling.
La unidad de calentamiento puede utilizarse para varias potencias mediante la conexión de uno u otro de los elementos resistivos mediante sus terminales, con la posibilidad de determinar otras potencias de uso mediante un puente de conexión entre los elementos resistivos para la conexión eléctrica conjunta de los mismos.The heating unit can be used to several powers by connecting one or the other of the elements resistive through its terminals, with the possibility of determining other powers of use by means of a bridge of connection between the resistive elements for the joint electrical connection of the same.
La unidad calefactora está destinada a su aplicación, principalmente, para calentamiento de líquidos, por ejemplo depósitos de electrodomésticos, siendo susceptible esta aplicación mediante la inclusión de la unidad en un alojamiento estanco o en una disposición de inmersión directa en el líquido.The heating unit is intended for your application, mainly, for heating liquids, by example deposits of appliances, being susceptible this application by including the unit in a housing waterproof or in a direct immersion arrangement in the liquid.
Con dicha unidad calefactora objeto de la invención se obtienen unas ventajas significativas para la aplicación en los aparatos calentadores de líquidos, ya que proporciona una mejora tecnológica de la transferencia térmica entre el tubo de blindaje que alberga los elementos resistivos y el alojamiento de instalación, la cual es máxima y por tanto la energía calorífica se transfiere de manera más uniforme hasta el líquido a calentar, suponiendo también un aumento de la vida útil de la resistencia, ya que la carga superficial (en W/cm^{2}) del hilo resistivo es más baja que en una resistencia convencional de igual potencia, así como una mayor funcionalidad, debido a que los terminales de conexión eléctrica pueden utilizarse de forma independiente o combinados, determinando varias potencias selectivas de manera que, en caso de que uno de los elementos resistivos quedara inutilizado, la unidad pueda seguir funcionando.With said heating unit object of the invention significant advantages are obtained for the application in liquid heating devices, since provides a technological improvement of thermal transfer between the armor tube that houses the resistive elements and the installation housing, which is maximum and therefore energy calorific is transferred more evenly to the liquid to heating, also assuming an increase in the life of the resistance, since the surface load (in W / cm2) of the thread resistive is lower than in a conventional resistance of equal power, as well as greater functionality, because the electrical connection terminals can be used independent or combined, determining several selective powers so that, in case one of the resistive elements will be disabled, the unit can continue to operate.
La figura 1 representa la sección transversal de un elemento cerámico aislante con orificios de configuración abierta para albergar los hilos resistivos de una resistencia calefactora.Figure 1 represents the cross section of an insulating ceramic element with open configuration holes to house the resistive wires of a resistor Heater
La figura 2 representa la sección transversal de un elemento cerámico con orificios de configuración cerrada para albergar los hilos resistivos de una resistencia calefactora.Figure 2 represents the cross section of a ceramic element with closed configuration holes for house the resistive wires of a heating resistor.
La figura 3 representa una resistencia calefactora con elemento cerámico, incluida en un alojamiento de instalación.Figure 3 represents a resistance heater with ceramic element, included in a housing installation.
La figura 4 representa la disposición en horquilla de los elementos de una resistencia eléctrica blindada.Figure 4 represents the arrangement in fork of the elements of an electric resistor armored
La figura 5 muestra la resistencia eléctrica blindada de la figura 4 introducida en el alojamiento de instalación.Figure 5 shows the electrical resistance armored figure 4 inserted in the housing of installation.
Las figuras 6 y 7 muestran la configuración cilíndrica que adopta la resistencia eléctrica blindada al doblarse en forma de "U" y prensarse posteriormente y la disposición de dicha resistencia en el alojamiento de instalación.Figures 6 and 7 show the configuration cylindrical that adopts armored electrical resistance when bending U-shaped and subsequently pressed and the provision of said resistance in the installation housing.
La figura 7A es una vista según el corte VII-VII indicado en la figura anterior.Figure 7A is a view according to the section VII-VII indicated in the previous figure.
La figura 8 muestra una unidad calefactora según la invención, observándose el tubo de blindaje exterior que cubre los elementos resistivos, así como la disposición de las varillas de conexión eléctrica.Figure 8 shows a heating unit according to the invention, observing the outer shield tube that covers the resistive elements, as well as the arrangement of the rods of Electric connection.
La figura 9 representa el conjunto de dicha unidad de calentamiento objeto de la invención incluida en un alojamiento de instalación.Figure 9 represents the set of said heating unit object of the invention included in a installation housing.
La figura 9A es una vista según el corte IX-IX indicado en la figura anterior.Figure 9A is a view according to the section IX-IX indicated in the previous figure.
Entre las soluciones propuestas para la fabricación de resistencias eléctricas cuyo diseño se adapta a la aplicación industrial del calentamiento indirecto de agua sanitaria doméstica u otro tipo de líquidos, una realización consta tal y como muestra la Figura 1, de un núcleo cerámico (1) de forma tubular cilíndrica que actúa como aislante y que presenta unos orificios longitudinales abiertos (2) para albergar los hilos resistivos (5) responsables de producir la potencia de calentamiento necesaria, yendo en los extremos de los hilos resistivos (5) unas varillas (6) para la conexión eléctrica. En la instalación de aplicación, dichas resistencias calefactoras se introducen en un alojamiento (7) que está en contacto directo con el líquido, como muestra la Figura 3. Esta solución presenta un alto coste de fabricación debido al elemento cerámico (1).Among the proposed solutions for manufacture of electrical resistors whose design adapts to the industrial application of indirect sanitary water heating domestic or other liquids, an embodiment consists of as Figure 1 shows a ceramic core (1) of tubular shape cylindrical that acts as an insulator and has holes Longitudinal openings (2) to house the resistive wires (5) responsible for producing the necessary heating power, going at the ends of the resistive wires (5) rods (6) for the electrical connection. In the application installation, said heating resistors are introduced in a housing (7) that It is in direct contact with the liquid, as shown in Figure 3. This solution has a high manufacturing cost due to the ceramic element (1).
Otra realización semejante (Figura 2) de resistencias calefactores de ese tipo se determina con un elemento cerámico (3) provisto con unos orificios longitudinales (4) de contorno cerrado para albergar los hilos resistivos (5), de manera que la superficie de contacto entre el elemento cerámico (3) que aloja a los hilos resistivos (5) y el alojamiento (7) de instalación es en este caso máxima.Another similar embodiment (Figure 2) of heating resistors of that type is determined with an element ceramic (3) provided with longitudinal holes (4) of closed contour to house the resistive wires (5), so that the contact surface between the ceramic element (3) that accommodates resistive wires (5) and installation housing (7) It is in this case maximum.
Con el fin de solucionar el problema de costo que presentan las resistencias calefactores con elemento cerámico (1 ó 3), se han desarrollado resistencias eléctricas blindadas como la representada en la figura 4, en la que los hilos resistivos (5) se alojan en un blindaje (8) saliendo las varillas (9) de conexión eléctrica en sus extremos, de tal forma que, los tubos de blindaje (8) uniéndose por los extremos a una placa de soporte (8.1) se doblan en horquilla y en la instalación de aplicación la resistencia se introduce en un alojamiento (10) que está en contacto directo con el líquido a calentar como muestra la Figura 5.In order to solve the cost problem presenting heating resistors with ceramic element (1 or 3), armored electrical resistors such as the represented in figure 4, in which the resistive wires (5) are they lodge in a shield (8) leaving the connecting rods (9) electrical at its ends, so that the armor tubes (8) joining at the ends to a support plate (8.1) fold in the fork and in the application installation the resistance is introduced in a housing (10) that is in direct contact with the liquid to be heated as shown in Figure 5.
Esta solución resuelve el problema del coste al carecer de elemento cerámico pero entre los hilos resistivos que producen la potencia eléctrica y el alojamiento (10), responsable de transmitir dicha potencia al líquido en forma de calor, existe un volumen de aire que, al ser buen aislante térmico, disminuye la transmisión de energía calorífica.This solution solves the cost problem by lack of ceramic element but between the resistive wires that produce the electrical power and housing (10), responsible for transmit said power to the liquid in the form of heat, there is a volume of air that, being a good thermal insulator, decreases the heat energy transmission.
En las figuras 6 y 7 se representa una resistencia blindada que soluciona en parte la transferencia calorífica, ya que su configuración incrementa la superficie de contacto entre el blindaje (12) que cubre los hilos resistivos (11) y la cubierta (14) que está en contacto directo con el líquido a calentar. Dicha configuración se constituye a partir de una resistencia que puede ser doblada en forma de "U" hasta plegar sus ramas, y que posteriormente, se prensa obteniéndose una configuración casi cilíndrica pero con unos intersticios en el contorno, con las varillas (13) de conexión eléctrica en los extremos de las ramas, como se observa en la figura 7A.In figures 6 and 7 a armored resistance that partially solves the transfer calorific, since its configuration increases the surface area of contact between the shield (12) covering the resistive wires (11) and the cover (14) that is in direct contact with the liquid a to warm. Said configuration is constituted from a resistance that can be folded in a "U" shape until folded its branches, and that later, it is pressed obtaining a almost cylindrical configuration but with interstices in the contour, with the connecting rods (13) in the ends of the branches, as seen in Figure 7A.
En las figuras 8 y 9, se muestra una unidad de calentamiento para calentadores de líquidos según el objeto de la presente invención, conforme una realización práctica no limitativa, comprendiendo una cubierta tubular metálica (16), preferentemente de acero inoxidable, a modo de blindaje exterior, en el interior de la cual se alojan al menos dos hilos resistivos (17) doblados en forma de bucle, destinados a generar la potencia calorífica requerida, yendo unidas a los extremos de dichos hilos resistivos (17) unas varillas (18) para las conexiones eléctricas.In Figures 8 and 9, a unit of heating for liquid heaters according to the purpose of the present invention, according to a practical non-limiting embodiment, comprising a metal tubular cover (16), preferably of stainless steel, as an external shield, inside the which houses at least two resistive wires (17) bent in shape loop, intended to generate the required heat output, being connected to the ends of said resistive wires (17) some rods (18) for electrical connections.
Los hilos resistivos (17) se doblan en forma de "U" de manera que los extremos, provistos de los terminales (18) de conexión, quedan situados en el mismo extremo del conjunto a través de un cierre aislante estanco (16.1) que cierra la cubierta tubular (16), mientras que el extremo opuesto se suelda para evitar la entrada de humedad al interior de la unidad de calentamiento y que el aislamiento eléctrico pueda verse afectado. El interior de la cubierta tubular (16) se rellena con una masa (19) aislante de magnesia (MgO), en forma de árido mediante la cual se establece el aislamiento eléctrico necesario entre los hilos resistivos (17) y entre éstos y la cubierta tubular (16).The resistive wires (17) bend in the form of "U" so that the ends, provided with the terminals (18) of connection, are located at the same end of the assembly a through a watertight insulating closure (16.1) that closes the cover tubular (16), while the opposite end is welded to avoid the entry of moisture into the heating unit and that electrical insulation may be affected. The interior of the tubular cover (16) is filled with an insulating mass (19) of magnesia (MgO), in the form of aggregate by which the electrical insulation required between resistive wires (17) and between these and the tubular cover (16).
La configuración de la unidad de calentamiento determina la posibilidad de utilizar dos potencias distintas mediante la conexión de los terminales (18) de conexión eléctrica de uno u otro de los hilos resistivos (17) así como la determinación de una tercera potencia de utilización mediante un puente de conexión entre los dos hilos resistivos (17) y la conexión común del conjunto a la alimentación eléctrica.The configuration of the heating unit determines the possibility of using two different powers by connecting the electrical connection terminals (18) of one or the other of the resistive wires (17) as well as the determination of a third power of use by means of a connection bridge between the two resistive wires (17) and the common connection of the assembly to the power supply.
Como en las soluciones de las resistencias caloríficas convencionales de la misma aplicación, para su instalación de aplicación esta unidad calorífica de la invención se introduce en un alojamiento cilíndrico (15), que es el que está en contacto directo con el líquido a calentar, estableciendo en este caso la cubierta tubular (16) un contacto periférico sin resquicios respecto de la pared cilíndrica del alojamiento (15), como se observa en la figura 9A.As in resistance solutions Conventional calories of the same application, for application facility this heat unit of the invention is introduces in a cylindrical housing (15), which is the one in direct contact with the liquid to be heated, setting in this case the tubular cover (16) a peripheral contact without cracks with respect to the cylindrical wall of the housing (15), as see in figure 9A.
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