ES2911664T3 - Calentador cerámico - Google Patents

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Abstract

Un calentador cerámico (11) que comprende: un cuerpo de calentador (13) que está hecho de cerámica, tiene una forma tubular, y se extiende en una dirección axial; y una brida (15) que está hecha de un metal, tiene una forma anular, y se acopla al cuerpo de calentador (13), donde un cable de tierra (34) está conectado a la brida (15), la brida (15) tiene una porción en forma de rebaje (16) que incluye una porción lateral (31) que tiene una forma cilíndrica y se extiende en la dirección axial, y una porción inferior (29) que es continua con la porción lateral (31) y está curvada de modo que tiene un radio que se reduce en una dirección radial, la porción en forma de rebaje (16) se rellena con un material aislante (33), y se une al cuerpo de calentador (13) a través del material aislante (33), y se caracteriza porque la brida (15) tiene además una porción de extensión (32) que es continua con la porción inferior (29), y se extiende hacia un lado de extremo en la dirección axial, en la que la porción de extensión (32) puede estar directamente expuesta al agua, en la que la porción de extensión (32) sobresale más allá del material aislante (33) hacia el lado de extremo en la dirección axial y un patrón de calentamiento (53) está dispuesto en el lado de extremo del calentador cerámico (11).

Description

DESCRIPCIÓN
Calentador cerámico
Campo técnico
La presente descripción se refiere a un calentador cerámico para su uso, por ejemplo, en un asiento de inodoro de lavado con agua caliente, un calentador de agua eléctrico y un baño de 24 horas.
Técnica anterior
En general, un asiento de inodoro de lavado con agua caliente incluye una unidad de intercambio de calor que tiene un calentador de cerámica, y un intercambiador de calor constituido por un recipiente hecho de resina. El calentador cerámico se utiliza para calentar el agua de lavado en el intercambiador de calor.
En general, una unidad de intercambio de calor (intercambiador de calor) que tiene un recipiente de resina se utiliza para un asiento de inodoro de lavado con agua caliente. La unidad de intercambio de calor tiene un calentador cerámico tubular montado en ella para calentar el agua de lavado en el intercambiador de calor.
Como este tipo de calentador cerámico, se conoce un calentador cerámico en el que una brida metálica anular está montada en un cuerpo de calentador cerámico cilíndrico y el cuerpo del calentador y la brida están unidos entre sí a través de vidrio (véase, por ejemplo, el Documento de Patente 1). En el documento JP H1174063 A se describe un calentador cerámico adicional que tiene un cuerpo de calentador y una brida.
Documento de la técnica anterior
Documento de Patente
Documento de Patente 1: Solicitud de Patente Japonesa publicada (kokai) número 2017-069083
Resumen de la invención
Problemas a resolver con la invención
Con el fin de evitar un accidente en el que una porción del calentador se exponga al agua produciendo una fuga eléctrica debido, por ejemplo, a que se genere una grieta en la superficie del calentador de cerámica, se conecta un cable de tierra a una brida metálica para conectar el calentador a tierra con el exterior. Sin embargo, el vidrio para unir la brida tiene propiedades aislantes. Por lo tanto, como se muestra en la figura 6, cuando la brida está cubierta por el vidrio hasta la superficie exterior, la superficie exterior de la brida no puede estar expuesta al agua. En este caso, dado que la brida y el agua no entran en contacto entre sí, el calentador puede no estar conectado a tierra con el exterior.
Medios para resolver los problemas
En particular, se proporciona un calentador cerámico que tiene las características definidas en la reivindicación 1. Otras realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes. Un calentador cerámico según un aspecto de la presente descripción incluye: un cuerpo de calentador que está hecho de cerámica, tiene una forma tubular, y se extiende en una dirección axial; y una brida que está hecha de un metal, tiene una forma anular, y se ajusta al cuerpo del calentador. Un cable de tierra está conectado a la brida. La brida tiene una porción en forma de rebaje que incluye una porción lateral que tiene una forma cilíndrica y se extiende en la dirección axial, y una porción inferior que es continua con la porción lateral y está curvada de modo que tiene un radio que se reduce en una dirección radial. La porción con forma de rebaje está rellena con un material aislante, y está unida al cuerpo de calentador a través del material aislante. La brida tiene además una porción de extensión que es continua con la porción inferior, y se extiende hacia un lado de extremo en la dirección axial, en la que la porción de extensión está adaptada para estar expuesta directamente al agua.
El calentador de cerámica que tiene tal estructura puede conectarse a tierra con seguridad al exterior vía el cable de tierra por la porción de extensión que está expuesta directamente al agua.
Además, en el calentador cerámico según un aspecto de la presente descripción, la porción de extensión sobresale más allá del material aislante hacia el lado de extremo en la dirección axial.
En el calentador de cerámica que tiene tal estructura, la porción de extensión sobresale más allá del material aislante hacia el lado de extremo en la dirección axial, por lo que la porción de extensión puede ser fácilmente expuesta al agua.
Además, en el calentador cerámico según un aspecto de la presente descripción, el material aislante puede estar formado de vidrio.
En el calentador cerámico que tiene tal estructura, puede simplificarse un paso del proceso de unión de la brida. Además, en el calentador cerámico según un aspecto de la presente descripción, la porción de extensión puede sobresalir en una longitud de 0,5 mm o más de una superficie exterior de la porción inferior.
En el calentador de cerámica que tiene tal estructura, ya que la porción de extensión sobresale en una longitud de 0,5 mm o más de la superficie exterior de la poción inferior, la porción de extensión puede ser fácilmente expuesta al agua.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1A es una vista frontal de un calentador cerámico según una realización de la presente invención.
La figura 1B es una vista en sección transversal parcial según la realización de la presente invención, cuya vista en sección transversal parcial se obtiene cortando una brida y una porción de vidrio del calentador cerámico a lo largo de la dirección axial.
La figura 2 es una vista en planta vista a través de la porción de vidrio del calentador cerámico según la realización. La figura 3 es un desarrollo de un lado de la capa del patrón del calentador de cerámica, según la realización.
La figura 4A es una vista en planta de la brida del calentador cerámico según la realización.
La figura 4B es una vista en sección transversal tomada a lo largo de A-A en la figura 4A.
La figura 5 es una vista en sección transversal ampliada de una porción principal obtenida por la brida y la porción de vidrio del calentador cerámico que se corta a lo largo de la dirección axial, según la realización.
La figura 6 es una vista en sección transversal ampliada de una porción principal obtenida por una brida y una porción de vidrio de un calentador cerámico que se corta a lo largo de la dirección axial, según la técnica convencional.
La figura 7 es una vista en sección transversal ampliada de una porción principal obtenida por la brida y la porción de vidrio del calentador cerámico que se corta a lo largo de la dirección axial, según la realización.
Las figuras 8A 8F son vistas que ilustran un método para producir el calentador cerámico según la realización. Modos de llevar a la práctica la invención
Un calentador cerámico y un método para producir el calentador cerámico según una realización de la presente invención se describirán a continuación con referencia a las figuras 1 a 8.
Un calentador cerámico 11 según la presente realización se utiliza, por ejemplo, para calentar el agua de lavado en un intercambiador de calor de una unidad de intercambio de calor en un asiento de inodoro de lavado con agua caliente.
Como se muestra en las figuras 1 y 2, el calentador cerámico 11 incluye un cuerpo de calentador cerámico cilíndrico 13, y una brida metálica anular 15 que se acopla al cuerpo de calentador 13. El cuerpo de calentador 13 incluye un tubo cerámico 17, y una capa cerámica 19 que cubre casi la totalidad de la circunferencia exterior del tubo cerámico 17. En la presente realización, el tubo cerámico 17 tiene un diámetro exterior de 10 mm, un diámetro interior de 8 mm y una longitud de 65 mm, y la capa cerámica 19 tiene un grosor de 0,5 mm y una longitud de 60 mm. La capa cerámica 19 no cubre completamente la circunferencia exterior del tubo cerámico 17. Por lo tanto, una superficie circunferencial exterior 14 del cuerpo de calentador 13 tiene una ranura 21 formada de manera que se extienda a lo largo de la dirección axial y tiene, por ejemplo, una anchura de 1 mm y una profundidad de 0,5 mm.
El tubo cerámico 17 y la capa cerámica 19 del cuerpo de calentador 13 están formados, por ejemplo, de alúmina. La alúmina tiene un coeficiente de expansión térmica en un rango de 50x10"7/K a 90x10"7/K, y la alúmina según la presente realización tiene un coeficiente de expansión térmica de 70x10"7/K (de 30°C a 380°C).
Como se muestra en la figura 3, una capa de patrón de calentamiento 22 que tiene una forma de patrón serpenteante, y un par de terminales internos 23 están formados en la superficie circunferencial interna (la superficie del lado del tubo cerámico 17) de la capa cerámica 19 o dentro de la capa cerámica 19. Los terminales internos 23 están conectados eléctricamente, a través de un conductor no ilustrado o similar, a los terminales externos 25 (véase la figura 1) dispuestos en las porciones de extremo, en la superficie circunferencial externa, de la capa cerámica 19.
Como se muestra en la figura 4, la brida 15 es, por ejemplo, un elemento anular formado a partir de un metal como acero inoxidable, y, en la brida 15, la porción central de un material de placa se dobla hacia un lado de la primera superficie S1 para formar un rebaje (forma de copa). Más específicamente, la brida 15 de la presente realización está formada, por ejemplo, por un material de placa que tiene un grosor de 1 mm que se dobla. Se forma un agujero 27, en la parte central del material de la placa, para que penetre a través de la primera superficie S1 que es una superficie interior y una segunda superficie S2 que es una superficie exterior. En la presente realización, el diámetro interior de una porción en forma de rebaje 16 en el lado de abertura (es decir, el lado superior en la figura 4B) se establece, por ejemplo, a 16 mm. Mientras tanto, el diámetro interior de la porción en forma de rebaje 16 en el lado inferior (es decir, el lado inferior en la figura 4B), es decir, el diámetro interior del agujero 27 se establece, por ejemplo, a 12 mm. Además, se conecta un cable de tierra 34 (véase la figura 1) en la abertura de la porción en forma de rebaje 16 para conectar a tierra el calentador de cerámica con el exterior.
La altura total H1 (la dirección de arriba abajo en la figura 4B) de la brida 15 es, por ejemplo, de 6 mm. La brida 15 incluye una porción inferior 29 que está curvada con un radio r (por ejemplo, 1,5 mm), una porción lateral cilíndrica 31 que se extiende hacia arriba (en la dirección axial) desde la porción inferior 29, y una porción de extensión 32 que se extiende hacia abajo (en la dirección axial) desde la porción inferior 29. Es decir, la brida 15 tiene la porción con forma de rebaje 16 que incluye: la porción lateral cilíndrica 31 que se extiende en la dirección axial; y la porción de fondo 29 que es continua con la porción lateral 31 y está curvada para reducir el diámetro en la dirección radial. La brida 15 incluye además la porción de extensión 32 que es continua con la porción inferior 29, se extiende hacia el lado de extremo en la dirección axial, y está directamente expuesta al agua.
Por ejemplo, una altura H2 desde la superficie exterior, en el lado de extremo, de la porción inferior 29 hasta un extremo inferior de la porción de extensión 32 es de 1,5 mm, y una altura H3 desde la superficie exterior, en el lado de extremo, de la porción inferior 29 hasta el extremo superior de la abertura es de 4,5 mm. El radio r representa un radio en la sección transversal tomada a lo largo de la dirección axial.
El coeficiente de expansión térmica del metal de la brida 15 tiene un valor en un rango de 100x10-7/K a 200x10-7/K. Por ejemplo, cuando la brida 15 se forma a partir de SUS304 (el componente principal es Fe, Ni, Cr), el coeficiente de expansión térmica es 178x10-7/K (de 30°C a 380°C), y, cuando la brida 15 se forma a partir de SUS430 (el componente principal es Fe, Cr), el coeficiente de expansión térmica es 110x10-7/K (de 30°C a 380°C).
En la presente realización, como se muestra en la figura 5, en la porción en forma de rebaje 16 de la brida 15, un espacio rodeado por la superficie circunferencial exterior 14 del cuerpo de calentador 13 y la primera superficie S1 que es la superficie interior de la brida 15 es una porción acumulada de vidrio 35 que está llena de vidrio 33. En la figura 1 y en la figura 2, la porción de vidrio 33 se indica mediante sombreado.
Un primer extremo representa el extremo superior en la figura 3, y un segundo extremo representa el extremo inferior en la figura 3. Además, el primer extremo de una porción de cableado dispuesta entre porciones de cableado emparejadas cuando la lámina cerámica 19 se ve en la dirección del grosor se conecta a través de una porción de conexión al primer extremo de una porción de cableado adyacente, y el segundo extremo de la porción de cableado dispuesta entre ellas se conecta a través de la porción de conexión al segundo extremo de una porción de cableado adyacente.
La porción acumulada de vidrio 35 se llena con el vidrio 33 hasta 1/3 o más de una altura H4 de la porción acumulada de vidrio 35, y el cuerpo de calentador 13 y la porción en forma de rebaje 16 de la brida 15 se sueldan y se unen entre sí a través del vidrio 33.
Como vidrio 33, se utiliza, por ejemplo, vidrio a base de Na2O-Al2O3-B2O3-SiO2, es decir, vidrio a base de Al2O3 'B2O3'SiO2 (vidrio de borosilicato). Por ejemplo, el coeficiente de expansión térmica del vidrio 33 tiene un valor en un rango de 50x10-7/K a 90x10-7/K (de 30°C a 380°C), y es 62x10-7/K (de 30°C a 380°C) en la presente realización.
Como se muestra en la figura 7, que es una vista ampliada de la figura 5, se forma un intervalo 39 que tiene un tamaño de, por ejemplo, aproximadamente 0,1 mm a 1,0 mm entre una superficie interior 28 del agujero 27 dispuesto en la parte inferior 29 de la porción con forma de rebaje 16, y la superficie circunferencial exterior 14 del cuerpo de calentador 13. En la presente realización, la dimensión Y del intervalo 39 se establece a de aproximadamente 0,3 mm a 0,5 mm. Una parte del vidrio 33 con el que se llena la porción de vidrio acumulado 35 en el lado de la primera superficie S1, fluye hacia el intervalo 39 en la dirección axial a lo largo de la superficie circunferencial exterior 14 del cuerpo de calentador 13.
En el caso de la brida 15 mostrada en la figura 7, la porción de extensión 32 está formada de manera que se extiende hacia abajo (en la dirección axial) desde la porción inferior 29 de la brida 15 e incluye el borde circunferencial del agujero 27 en el lado de la segunda superficie S2. En otras palabras, la porción de extensión 32 se extiende hacia abajo desde la porción inferior 29. La porción de extensión 32 de la presente realización está formada por el extremo inferior de la porción inferior 29 que se dobla.
En el calentador cerámico 11 de la presente realización, dado que la porción de extensión 32 que tiene tal estructura está dispuesta en el lado de la segunda superficie S2, la brida 15 sobresale hacia el lado de extremo más allá de una región en la que el vidrio 33 fluye a lo largo de la dirección axial. Por lo tanto, la porción de extensión 32 no está cubierta por el vidrio 33, y está expuesta de forma segura al agua, por lo que el calentador de cerámica puede estar conectado a tierra de forma segura a través del cable de tierra 34 al exterior.
A continuación, se describirá un método para producir el calentador cerámico 11 de la presente realización con referencia a la figura 8.
En primer lugar, como se muestra en la figura 8A, se hornea preliminarmente un tubo cilíndrico 17 hecho de un material a base de alúmina.
Como se muestra en la figura 8B, un metal como tungsteno que tiene un alto punto de fusión se imprime en la superficie de una hoja de cerámica 51 hecha de un material a base de alúmina, o dentro de las hojas apiladas. Así, se forma un patrón 53 que forma la capa de patrón del calentador 22, los terminales internos 23 y los terminales externos 25 en una etapa posterior.
A continuación, se aplica pasta cerámica (pasta de alúmina) a una superficie lateral de la lámina cerámica 51 y, como se muestra en la figura 8C, la lámina cerámica 51 se enrolla y se adhiere a la superficie circunferencial exterior del tubo cerámico 17, y la lámina cerámica 51 y el tubo cerámico 17 se hornean integralmente. A continuación, los terminales externos 25 se niquelan para formar el cuerpo de calentador 13.
A continuación, un material de placa formado a partir de acero inoxidable se moldea a presión para formar la brida 15, que tiene forma de copa. A continuación, la brida 15 se acopla al cuerpo de calentador 13 en una posición de montaje predeterminada, como se muestra en la figura 8D. En este estado, el cuerpo de calentador 13 y la brida 15 son soportados por una herramienta no ilustrada.
Un material de vidrio formado a partir de vidrio de borosilicato se moldea a presión de manera que tenga forma de anillo, y el producto obtenido se calcina a 640°C durante 30 minutos para producir un material de vidrio calcinado 55. Como se muestra en la figura 8E, el material de vidrio en forma de anillo 55 que ha sido calcinado se dispone en la porción de vidrio acumulado 35 entre el cuerpo de calentador 13 y la brida 15.
A continuación, el producto obtenido en este estado se introduce en un horno continuo para su cocción, para adherir el cuerpo de calentador 13 y la brida 15 por el vidrio. Específicamente, el producto obtenido se calienta en el horno continuo en una atmósfera reductora (por ejemplo, N2+5%H2) a una temperatura de soldadura (1015°C) durante un periodo de tiempo predeterminado, para fundir el material de vidrio calcinado 55. A continuación, el material de vidrio calcinado 55 se enfría a temperatura ambiente (por ejemplo, 25°C) y se solidifica, con lo que el cuerpo de calentador 13 y la brida 15 se sueldan y se fijan a través del vidrio 33, para completar el calentador cerámico 11.
Descripción de números de referencia
11: calentador cerámico
13: cuerpo de calentador
15: brida
16: porción en forma de rebaje
27: agujero
33: vidrio
35: porción de vidrio acumulado
S1: primera superficie
S2: segunda superficie

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Un calentador cerámico (11) que comprende:
un cuerpo de calentador (13) que está hecho de cerámica, tiene una forma tubular, y se extiende en una dirección axial; y
una brida (15) que está hecha de un metal, tiene una forma anular, y se acopla al cuerpo de calentador (13), donde un cable de tierra (34) está conectado a la brida (15),
la brida (15) tiene una porción en forma de rebaje (16) que incluye una porción lateral (31) que tiene una forma cilindrica y se extiende en la dirección axial, y una porción inferior (29) que es continua con la porción lateral (31) y está curvada de modo que tiene un radio que se reduce en una dirección radial,
la porción en forma de rebaje (16) se rellena con un material aislante (33), y se une al cuerpo de calentador (13) a través del material aislante (33), y se caracteriza porque
la brida (15) tiene además una porción de extensión (32) que es continua con la porción inferior (29), y se extiende hacia un lado de extremo en la dirección axial, en la que la porción de extensión (32) puede estar directamente expuesta al agua, en la que la porción de extensión (32) sobresale más allá del material aislante (33) hacia el lado de extremo en la dirección axial y un patrón de calentamiento (53) está dispuesto en el lado de extremo del calentador cerámico (11).
2. El calentador cerámico (11) según la reivindicación 1, en el que el material aislante (33) está formado de vidrio.
3. El calentador cerámico (11) según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que la porción de extensión (32) sobresale en una longitud de 0,5 mm o más de una superficie exterior de la porción inferior (29).
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