ITMI20060180A1 - Pannello radiante in alluminio anodizzato con resistenza elettrica in acciaio inox - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

Descrizione dell' INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo:

PANNELLO RADIANTE IN ALLUMINIO ANODIZZATO CON RESISTENZA ELETTRICA IN ACCIAIO INOX.

Campo di applicazione dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce al campo del riscaldamento elettrico e più precisamente ad un pannello radiante in alluminio anodizzato con resistenza elettrica in acciaio inox.

Rassegna dell'arte nota

Nel settore della tecnica indicato, sono già note realizzazioni di pannelli radianti per l'utilizzo nel riscaldamento domestico oppure in forni industriali a temperature notevolmente superiori. Questi pannelli sfruttano l’effetto Joule delle correnti espresso dalla formula Q = Rxl<2>xt, mediante la quale la quantità di calore generato Q è posto in relazione alla corrente elettrica I che attraversa un conduttore di resistenza elettrica R per un tempo t, riscaldandola a causa dell’Incremento degli urti causato dall’incremento della velocità media degli elettroni.

Il calore prodotto per effetto Joule viene comunicato ai corpi da riscaldare secondo le modalità note di: conduzione, convezione, ed irraggiamento. A seconda delle realizzazioni l’uno o l’altro aspetto viene privilegiato. Ad esempio, nel vuoto l’energia termica si propaga solo per irraggiamento, mentre se la sorgente termica non è in contatto con il corpo da riscaldare le uniche modalità possibili sono la convezione e l’irraggiamento. La convezione, al contrario dell’irraggiamento, richiede lo spostamento di sostanza fluida (liquido o gas) tra la sorgente ed il corpo da riscaldare. Ovviamente non è possibile separare completamente i due effetti, dal momento che i pannelli sono posti a contatto dell’aria, ma è possibile ridurre la convezione nelle applicazioni che richiedono riscaldamento localizzato, cioè dove la radiazione è diretta verso il corpo da riscaldare posto nelle immediate vicinanze (ad esempio in applicazioni con lampade ad infrarossi per incubatrici), oppure dove la radiazione esplica il suo effetto direttamente entro il corpo da riscaldare (come avviene nei forni a microonde). Inoltre, poiché l’entità del trasporto di massa dipende dal salto termico tra la sorgente ed il corpo da riscaldare, è evidente che nei casi in cui è possibile un riscaldamento a relativamente basse temperature si riduce l’entità della convezione. Nei pannelli radianti si cerca di privilegiare il trasferimento di calore tramite radiazione infrarossa piuttosto che per convezione, vengono allo scopo utilizzati degli ottimi conduttori per la fabbricazione della resistenza riscaldante poiché anche bassi valori di resistenza richiedono pannelli di grandi dimensioni, quindi in grado di scambiare calore senza dover innalzare troppo la temperatura d’esercizio.

La resistenza è una proprietà elettrica dei materiali stabilita dalla legge di Ohm ed è minima per i metalli. La resistenza specifica p, o reisitività, è la resistenza di un conduttore di lunghezza e sezione unitarie alla temperatura di 0 °C. In pratica la sezione è misurata in mm<2>mentre la lunghezza in metri. Con tale assunto abbiamo per il rame p = 16x10<-9>Ω-m, mentre per l'acciaio inox è p = 137 χ 10<-9>(come rappresentativi di un range di valori). L’arte nota apparentemente più prossima al pannello realizzato secondo la presente invenzione è descritta nel brevetto italiano MI99A002336 intitolato: “Pannello per riscaldamento elettrico ad alto rendimento, di sicurezza”, che è di comproprietà dell’attuale richiedente. Con la stessa data di priorità è stato ottenuto il brevetto europeo EP 1228669 B1. Considerato l’affollamento in questo specifico settore della tecnica, la prima rivendicazione del brevetto europeo risulta piuttosto limitata rispetto alle aspettative iniziali. La rivendicazione è molto lunga e viene qui di seguito riassunta nei suoi aspetti fondamentali (con parziale riferimento alla figura 1 della presente descrizione):

“Dispositivo di riscaldamento con una resistenza elettrica posta all’interno di una struttura di tipo sandwich sigillata ermeticamente, comprendente due elementi rigidi uno dei quali agisce come piatto riscaldante, caratterizzato dal fatto che, la resistenza elettrica è una serpentina (55) consistente in una striscia di materiale altamente conduttivo di larghezza costante, il rapporto tra la larghezza e lo spessore essendo sostanzialmente da 10 a 20, formato da una serie di curve a forma di U (70-72), attraversate da una serie di strisce parallele trasversali di mica (60,61); detta serpentina (55) essendo alloggiata tra due fogli di mica (20, 21) entro la camera di un pannello a forma sostanzialmente rettangolare (10), risultante da una struttura base sostanzialmente a forma di vassoio (11) e da una o più strutture di chiusura di forma similare (80, 81) inserite fianco a fianco entro detta struttura base (11) . (continua con la descrizione di come sono saldate tra loro le varie strutture per garantire l'ermeticità e per garantire un volume libero entro la camera insufficiente a ricevere una quantità di sostanza gassosa infiammabile nelle applicazioni in forni per la polimerizzazione di resine sintetiche o per l’essiccazione di vernici o inchiostri che potrebbe condurre a deflagrazione)". Più in particolare, la serpentina riscaldante è ottenuta da un foglio di rame o ottone dello spessore di 0,5 mm, mentre la struttura di contenimento è metallica. Vengono inoltre rivendicati in maniera dipendente dei forni o altri dispositivi che applicano i suddetti pannelli riscaldanti.

Evidenziazione del problema tecnico

Gli aspetti originali che risultano nella combinazione di mezzi della suddetta prima rivendicazione del brevetto citato sono sostanzialmente da imputare alla particolare realizzazione della serpentina riscaldante in materiale altamente conduttivo costruita in modo da minimizzare per quanto possibile gli spazi liberi interni del contenitore ermetico rettangolare. Orbene, questa combinazione di mezzi, pur consentendo di ottenere buone prestazioni di funzionamento sul breve/medio termine in applicazioni entro forni industriali a temperature della serpentina non eccessivamente elevate, indicativamente inferiori ai 400 °C, si è dimostrata non adeguatamente idonea a mantenere inalterate le suddette prestazioni a lungo termine specialmente quando le temperature della serpentina devono superare i suddetti limiti e spingersi oltre i 700 °C, come richiesto in particolari applicazioni dei forni industriali.

La serpentina di rame di figura 1 è sottile e leggera, è quindi priva di adeguata inerzia termica e poco resistente agli sforzi interni causati dalla dilatazione termica del metallo. Il rame ha un alto coefficiente di dilatazione lineare, che si raddoppia allincirca in quanto lo spessore di 0,5 mm è trascurabile rispetto alla larghezza della striscia. Possono quindi verificarsi dilatazioni differenziali in presenza di imperfezioni e conseguenti pericolose deformazioni strutturali.

L’analisi dei guasti a seguito delle condizioni più gravose di temperatura, ha portato ad individuare rotture sistematiche della serpentina in zone poste ai limiti inferiori delle tolleranze di fabbricazione, cioè nei punti di restringimento della sezione trasversale della striscia di rame. Una seconda tipologià di guasto si è manifestata nei contatti.

La più verosimile spiegazione al primo inconveniente è che le pur minime variazioni di sezione lungo la serpentina riscaldante sono comunque in grado di generare intensi sforzi meccanici nei punti corrispondenti della striscia, rompendola in conseguenza del suo ridotto spessore. La concatenazione di effetti che termina con la rottura ha come causa principale l’elevatissima corrente circolante nella serpentina di rame, necessaria all’ottenimento della temperatura desiderata. Utilizzando ad esempio, una striscia di rame lunga 20 m, larga 2 cm, e con 0,5 mm di spessore, ripiegata a formare 10 anse (formate da due strisce lunghe poco meno di 1 m e spaziate di 0,5 cm), si ottiene un pannello di 100 χ 50 cm<2>avente una resistenza di circa 3,2 mfì. Ipotizzando una potenza elettrica di 10 kW da fornire all’elemento riscaldante di un forno continuo di polimerizzazione, si ottiene un valore di corrente continua di circa 1.770 A, che però scendono ad un valore di circa 1250 A per via del quasi raddoppio del coefficiente termico di resistività del rame a 400 °C. Un valore inferiore anche solo dell’1 %o (uno per mille) nella sezione in un punto lungo il percorso della serpentina è causa di un incremento di resistenza di circa 3,2 μΩ, che sembrerebbe irrisorio, ma che invece per effetto delle elevatissime correnti è in grado di generare una maggiorazione puntiforme di potenza termica dell’ordine dei 5 W. L’effetto che ne deriva è quello di un surriscaldamento (spot) del volume d’aria residuo posto tra la striscia ed il pannello, in grado di provocare un notevole incremento di pressione contro il tratto stesso. La presenza di volumi residui è intrinseca alla serpentina di figura 1. Il particolare riprodotto in figura 1A (non in scala) mostra appunto la genesi dei volumi V1 e V3 sottostanti le strisce di rame 70 e 71, e del volume V2 soprastante la striscia 70. Come si può notare, questi volumi sono causati dalla banda di mica 60 che si flette per passare alternativamente sotto e sopra le strisce di rame adiacenti. Le bande di mica alternate irrigidivano la struttura evitando possibili cortocircuiti tra strisce adiacenti, causati dalla notevole flessibilità della serpentina resistiva in foglio e dalla ridotta spaziatura tra le strisce. Giova ricordare che i cortocircuiti sono dannosi in quanto comportano l’alterazione del flusso uniforme di corrente e l’abbassamento del valore di resistenza complessivo, richiedendo una maggiore corrente al generatore o causando un abbassamento della temperatura della serpentina qualora il surplus di corrente non possa venire erogato dal generatore. Altro elemento vulnerabile è il corto braccio ortogonale 70 che subisce una torsione localizzata negli angoli per consentire l’interposizione della banda di mica 60.

La struttura della serpentina visibile in figura 1 è posta tra due fogli di mica che la isolano dal pannello metallico di contenimento. I pannelli metallici attualmente in commercio come, appunto quello della citazione, sono generalmente ricoperti esternamente da uno strato di vernice protettiva termicamente isolante che favorisce l'irraggiamento infrarosso a discapito della convezione. Nel pannello di figura 1 per sopperire all’isolamento termico dovuto alla mica complessivamente utilizzata, occorre stabilire un delta di temperatura della serpentina al disopra del valore teorico richiesto per riscaldare l’oggetto posto in forno alla temperatura desiderata. Nei casi di utilizzo del pannello alle più alte temperature è stata riscontrata una delaminazione sistematica della vernice isolante con conseguente abbassamento del potere irraggiante.

Parimenti, nei contatti si sono riscontrati fenomeni di usura precoce e di cedimento, imputabili all’azione delle forti correnti alle due estremità polari della serpentina, meccanicamente più deboli rispetto al resto della struttura. Da ultimo, la forte densità di corrente nella sezione del conduttore di rame di soli 0,5 mm di spessore, costituisce un limite alla massima potenza termica generabile con continuità dal singolo pannello. L’alimentazione del singolo panello con 10 kW di potenza comportava una densità di corrente J di circa 125 A/mm<2>nella sezione della serpentina, valori che sembrano eccessivi per un buon funzionamento stabile nel tempo; occorrerebbe quindi ripartire la potenza su più pannelli.

Scopo e sommario dell'invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di superare gli inconvenienti evidenziati nei pannelli radianti ermetici dell’arte nota alle più alte temperature di funzionamento nei forni industriali, mantenendo comunque elevata affìdabilità nel riscaldamento ambientale a temperature più basse.

Per conseguire tale scopo la presente invenzione ha per oggetto un pannello per riscaldamento elettrico costituito da un contenitore ermetico con al suo interno una resistenza elettrica foggiata a guisa di serpentina planare costituita da una serie di anse a forma di U di materiale altamente conduttivo in forma di barra rigida a sezione rettangolare di larghezza e spessore costanti, come descritto nella rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche vantaggiose sono descritte nelle rivendicazioni dipendenti.

In accordo alla presente invenzione, sia il materiale altamente conduttivo sia il rapporto larghezza/spessore della barra costitutiva la serpentina vengono scelti secondo un criterio di compromesso tra la rigidità che si vorrebbe conferire alla serpentina e la lunghezza del resistore. Un rapporto inferiore a 3 tra larghezza e spessore della barra metallica costituente la serpentina è preferito. A titolo di esempio, per la fabbricazione della serpentina è vantaggioso scegliere l’acciaio classificato come AISI 304, cosiddetto inossidabile, per la sua resistenza all’usura e la bassa dilatazione termica. Questo tipo di acciaio ha una resistività p = 137 χ 10<-9>Ωxmm<2>/m (superare al rame) e consente di ottenere valori di resistenza uguali a quelli della serpentina in foglio, mantenendo circa la stessa lunghezza del resistore, utilizzando una barra a sezione rettangolare di 7,75 χ 5 mm<2>, ovvero con un rapporto larghezza/spessore di 1,55 notevolmente inferiore rispetto alla precedente realizzazione.

In subordine è possibile scegliere l’ottone come materiale della serpentina e finanche il rame sebbene con prestazioni inferiori all’acciaio.

Il modulo contatti è un contenitore ermetico che si eleva oltre la restante struttura ed è sigillato mediante particolari guarnizioni al silicone in ogni sua parte apribile verso l’esterno. Entro il modulo sono alloggiate delle colonne di contatto connesse elettricamente e meccanicamente ai cavi di alimentazione ed avvitate alle parti terminali della serpentina.

Il contenitore ermetico è un guscio di alluminio chiuso superiormente da un coperchio piatto saldato ai bordi. Il guscio viene sottoposto ad un processo di anodizzazione per la formazione di un ossido isolante sia internamente che esternamente. L’ossido interno isola la serpentina d’acciaio dalla corazza (in aggiunta al foglio di mica interposto), l’ossido esterno ha uno spessore rilevante (80 μm) per migliorare l’isolamento termico e favorire l’irraggiamento infrarosso.

L’alimentazione della resistenza avviene in corrente continua a basso voltaggio (ad esempio 60 V DC) e ad alto amperaggio (ad esempio 125 A) con potenze elettriche considerevoli per il singolo pannello (ad esempio 7 kW). Tramite un trasformatore trifase è possibile alimentare uno o più pannelli necessari per formare un forno di cottura, anche di tipo continuo, verticale o orizzontale. Ogni pannello è gestito da un regolatore trifase di corrente che inverte la corrente da alternata a continua. Sul coperchio posteriore, in corrispondenza della parte centrale della resistenza, è posizionata una sonda tipo J che misura la temperatura all’interno del pannello radiante. In questo modo è possibile modulare l’alimentazione di corrente nella resistenza in funzione della temperatura che si desidera ottenere.

Vantaggi dell'invenzione

La resistenza in acciaio inox ha il grande pregio di avere un coefficiente di dilatazione termica lineare (10,5x10<-6>°C<-1>) inferiore a quello del rame in foglio (2x17x10<-6>°C<-1>), la serpentina possiede quindi un’elevata stabilità dimensionale alle più alte temperature del forno sopra i 400 °C, consentendo ove necessario di realizzare percorsi più lunghi per aumentare la superficie riscaldante. L’elevata stabilità dimensionale riduce grandemente lo stress meccanico sulla resistenza, allungandone la durata.

La notevole sezione del conduttore (circa 40 mm<2>) consente di alimentare il singolo pannello con forti correnti per la generazione di un’elevata potenza termica. I contatti sono elettricamente e meccanicamente stabili anche alle più alte correnti.

Nel suo complesso la struttura secondo l'invenzione risulta molto più rigida e pesante (circa 8 kg) rispetto a quella nota, è quindi in grado di meglio sopportare impieghi gravosi alle più alte temperature di funzionamento, che possono spingersi fino a 700 °C, essendo in grado di contrastare l'azione di eventuali sforzi interni causati dalla dilatazione termica e dalle tolleranze di lavorazione residue. A questo proposito, a differenza della serpentina visibile in figura 1A, i cui elementi orizzontali giacciono su piani paralleli, la serpentina secondo la presente invenzione è una struttura completamente planare ove gli isolamenti tra conduttori adiacenti sono dei listelli inseriti per maggiore sicurezza. Con ciò vengono a mancare i volumi interni del tipo V1, V2, e V3 posti sopra e sotto i conduttori in grado di potenziare gli effetti nocivi delle imperfezioni costruttive. Queste ultime sono state minimizzate adottando un procedimento di taglio del profilo della serpentina da una lastra d'acciaio di spessore voluto utilizzando un getto d’acqua puntiforme ad altissima pressione. Questa sofisticata tecnica di lavorazione riduce il surriscaldamento durante il taglio, assicurando un’ottima precisione finale del profilo della resistenza. L’elevata precisione ottenuta nel profilo consente un’ottima distribuzione del calore evitando pericolosi surriscaldamenti spot.

Contrariamente ai pannelli riscaldanti dell’arte nota, ricoperti da una vernice protettiva soggetta a distacchi alle più alte temperature, il pannello secondo l’invenzione non rischia un simile inconveniente grazie allo spesso strato di ossido saldamente ancorato alla superficie radiante della struttura in quanto è parte integrante della stessa.

Vantaggiosamente, l’ossido ottenuto per anodizzazione ha colore tendente al nero in funzione dello spessore. Lo spesso strato di ossido presente nel pannello secondo l’invenzione lo rende molto simile ad un radiatore ideale secondo la formula di Planck. Quest’ultima viene solitamente raffigurata da una famiglia di curve a campana sovrapposte l’una all'altra in ordine di temperatura assoluta (°K), ciascuna avendo in ordinata la quantità di energia irradiata dal corpo nero ideale in funzione della lunghezza d’onda λ della radiazione emessa. Il punto di massimo si sposta da una curva all'altra con il diminuire della temperatura verso valori di λ crescenti, ovvero verso frequenze sempre più basse nell’infrarosso (da 10<-3>a 0,8 μm). Alla più alta temperatura di funzionamento della serpentina resistiva, posta senza limitazione alcuna a 700 °C (973,15 °K), la radiazione emessa ha un massimo per λ = 2,96 compreso nello spettro infrarosso, seguendo la curva a campana si vede che una piccola parte della radiazione emessa ha lunghezza d’onda compresa nello stretto intervallo dello spettro visibile (da 0,76 a 0,38 μm), per cui la serpentina, qualora visibile, apparirebbe rossastra.

Anche se i maggiori vantaggi sono ottenibili alle più alte temperature, il pannello irradiante secondo l’invenzione può essere vantaggioso anche per un suo utilizzo nel riscaldamento ambientale a temperature notevolmente più basse. In questo caso il vantaggio deriva dalla grande affidabilità di funzionamento nel tempo.

Breve descrizione deile figure

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue di un esempio di realizzazione della stessa e dai disegni annessi dati a puro titolo esplicativo e non limitativo, in cui:

- in figura 1, già descritta, è indicata una parte di una serpentina resistiva realizzata secondo l’arte nota;

- in figura 1a, già descritta, è indicato un particolare di figura 1 ;

- in figura 2 è mostrata una vista prospettica parziale lato retro del pannello per riscaldamento elettrico secondo la presente invenzione, che mette in evidenza l’estremità comprendente un modulo connettori da cui fuoriescono i cavi di alimentazione diretti al generatore;

- in figura 3 è mostrata una vista di profilo del pannello di figura 2;

- in figura 4 è mostrata una vista in pianta del pannello di figura 2 chiuso ma con indicazione a tratteggio della serpentina resistiva;

- in figura 5 è mostrata una vista in pianta del pannello di figura 2 aperto sul lato retro per mostrare al suo interno la serpentina resistiva;

- in figura 6 è mostrata una vista in sezione del modulo contatti lungo il piano A-A di figura 4;

- in figura 7 è mostrata una vista in sezione del pannello lungo il piano B-B di figura 4 in corrispondenza di una sonda di temperatura;

- in figura 8 è mostrata una vista esplosa della sezione lungo il piano C-C di figura 4.

Descrizione dettagliata di una forma preferita di realizzazione dell’invenzione

La figura 2 mostra un pannello da riscaldamento elettrico comprendente un guscio metallico 1, detto anche corazza, di forma sostanzialmente rettangolare, allungato in direzione longitudinale e chiuso superiormente da un coperchio 1COP ripiegato sui bordi laterali posti a contatto delle pareti interne del guscio 1 , ove è saldato per tutta la sua lunghezza. All’estremità non visibile, il coperchio 1COP è saldato al guscio 1 lungo il lato più corto. L’estremità visibile del guscio 1 si prolunga oltre il coperchio 1COP per sorreggere un modulo contatti MDC a forma di parallelepipedo della stessa larghezza del guscio 1 ma notevolmente più corto. Un piatto 8 fungente da coperchio è fissato ai bordi di un’apertura rettangolare della parete superiore del modulo MDC mediante una corona di viti perimetrali 7. Sul piatto 8 sono visibili due torrette cilindriche passacavo CL1 e CL2 allineate lungo l’asse di simmetria trasversale. Dalle torrette sporgono le estremità di due robusti cavi elettrici connessi ad un generatore di tensione in corrente continua (non visibile in figura). Il modulo contatti MDC è saldato al guscio 1 lungo tutto il contorno d’appoggio e lungo il contorno di una sua parete laterale 1TST; quest’ultima è inoltre saldata al coperchio 1COP chiudendo il pannello su questo lato. L'insieme delle saldature garantisce l'ermeticità della parte posteriore del pannello rappresentata in figura. Il guscio 1, il coperchio a vassoio 1COP, il modulo contatti MDC, il piatto 8, e le colonne passacavo CL1 e CL2 sono in alluminio; le viti 7 sono zincate.

La figura 3 mostra il fianco del pannello di figura 2 con l’indicazione a tratteggio della posizione di un manicotto portasonda 20 in zona pressappoco centrale. Lungo tutto il bordo inferiore del guscio 1 una linea più spessa corrisponde ad uno strato di ossido di alluminio dello spessore di circa 80 μm che ricopre completamente la faccia da cui viene trasmesso il calore.

La figura 4 mostra a tratteggio una resistenza 2 a forma di serpentina posta entro il guscio 1. La serpentina 2 ha due estremità contrapposte TRA, TRB che si allargano sino ad assumere forma per tre quarti circolare (detta d’ora in avanti pseudo-circolare) entro il modulo contatti MDC. In corrispondenza della posizione del portasonda 20 è rappresentato un foro di alloggiamento. Lungo il guscio 1 sono indicati tre assi, rispettivamente A-A, B-B, e C-C per altrettante sezioni trasversali corrispondenti alle figure 6, 7, e 8. La figura 5 mostra la serpentina resistiva 2 formata da 8 strette anse a forma di U molto allungata. Un listello distanziale di mica 15 è inserito tra ciascuna coppia di conduttori adiacenti posti alla distanza 4,25 mm l'uno dall’altro. Sulle terminazioni pseudo-circolari TRA, TRB della serpentina 2 sono visibili quattro fori per delle viti del contatto elettrico. Viene inoltre mostrata una speciale guarnizione 6 in vetro-silicone posta sotto al piatto 8 per garantire l’ermeticità del pannello. La serpentina 2 è un unico conduttore in acciaio AISI 304 in forma di barra a sezione rettangolare lunga 25 m, larga 7,75 mm, con uno spessore di 5 mm, ed un peso di circa 8 kg; essa è ottenuta tagliando una lastra con estrema precisione nel modo anzidetto. La serpentina ha una resistenza complessiva di 0,471 Ω, ottenuta con un valore di resistività p = 137 χ 10<-9>Ωxmm<2>/m e le dimensioni specificate.

La figura 6 mostra la sezione del modulo contatti MDC lungo l’asse A-A di figura 4. Con riferimento alla figura, si nota che il suddetto modulo è sovrapposto ad una estremità del guscio 1 condividendone ed incrementandone lo spazio interno mediante un’apertura rettangolare inferiore che lascia un bordo perimetrale rientrante saldato all’orlo del guscio 1. A questo bordo mediante viti 13 è fissato trasversalmente in posizione centrale uno spesso supporto intermedio 11 di materiale isolante termico ed elettrico ad alta resistenza termica. Due colonne di contatto 12 in ottone internamente cave penetrano entro due fori del supporto isolante 11 , al quale sono fissate mediante rispettive coppie di dadi 10 avvitati alle colonne 12 da lati contrapposti del supporto isolante 11. Le colonne di contatto 12 terminano con una base circolare di diametro maggiore del fusto, posta in contatto di una rispettiva estremità pseudo-circolare TRA, TRB della resistenza 2, tramite interposto un foglio di mica 17B che si estende per tutta la superficie interna del pannello. Le basi circolari delle colonne di contatto 12 vengono avvitate alle terminazioni TRA, TRB con quattro viti 14 in acciaio inox, perfezionando in tal modo il contatto elettrico. Al disotto delle terminazioni TRA, TRB e di tutta la serpentina 2 è posto un secondo foglio di mica 17A.

Il coperchio 8 ha due fori centrati sull’asse delle colonne di contatto 12 per l’innesto di due colonne passacavo CL1 e CL2 internamente cave, saldate al coperchio 8 lungo il bordo circolare inferiore. All’estremità libera delle colonne CL1 e CL2 è presente un elemento di tenuta 4 in gomma siliconica abbinato ad una ghiera pressacavo 3. Una ghiera zincata è presente nella parte terminale delle colonne CL1 e CL2.

I cavi elettrici completi di guaina vengono introdotti entro le loro sedi presenti nelle colonne CL1 e CL2 a coperchio 8 sollevato, dopodiché vengono fatti scorrere fino a raggiungere le colonne di contatto 12, dove viene inserito il corto tratto terminale scoperto del conduttore centrale ed ivi serrato mediante due viti zincate 9 che penetrano la parete di ciascuna colonna 12. II coperchio viene quindi avvitato al bordo superiore del modulo MOD interponendo la guarnizione 6 in vetrosilicone. L’ermeticità del modulo MOD è garantita dagli elementi 4 e 6 e dalle saldature lungo i bordi.

La figura 7 mostra la sezione del pannello lungo l’asse B-B di figura 4.

Con riferimento alla figura 7, ed ulteriore riferimento alla vista esplosa di figura 8 raffigurante la sezione lungo l’asse C-C, si nota la corazza di alluminio comprendente il guscio 1 ed il coperchio 1COP. Il guscio 1 è un profilato estruso a forma di canale dal fondo piatto e sponde basse, chiuso alle due estremità da pareti saldate. Le sue dimensioni sono di circa 210 mm di larghezza, 1.770 mm di lunghezza, e 54 mm di altezza, il coperchio 1COP è della stessa forma del guscio 1, sebbene più basso e leggermente più stretto in modo da potervi essere introdotto durante la fase terminale dell’assemblaggio con le sue pareti laterali a contatto delle pareti interne del guscio 1, consentendo la saldatura lungo i bordi. Sia il guscio 1 che il coperchio 1COP possono essere fabbricati piegando lamiere di alluminio di adeguata larghezza e spessore, oppure direttamente per estrusione del profilato.

La parete di base del guscio 1 mostra due strati di ossido 30 e 31 (fig.8), rispettivamente presenti sulla faccia esterna ed interna; lo strato esterno 30 ha uno spessore di 80 μm ed è più spesso dello strato 31. Internamente al guscio 1 è adagiato un foglio di mica 17A a contatto della superficie di base; sopra il foglio 17A è posta la serpentina resistiva 2, sopra questa è posto un secondo foglio di mica 17B, sul quale è adagiato un elemento isolante termico ed elettrico 16. Il coperchio 1COP è a contatto dell’elemento isolante 16, chiudendo il pannello. Lo spessore complessivo di tutti gli elementi a contatto, che si estendono per tutta la lunghezza possibile, è di soli 29 mm. Nella parte centrale della figura è visibile una sonda di temperatura 22 (tipo J), inserita in un manicotto portasonda 20, entrante in un apposito foro del coperchio 1COP e dell’elemento isolante termico 16 fino a raggiungere il foglio di mica 17B. Il portasonda 20 alloggia un cilindretto assiale con all’interno una molla 23 in contatto con un tappo a testa esagonale 21, da cui fuoriesce il gambo della la sonda 22. Una piccolissima vite 24 entra nella parete del manicotto 24 per bloccare il cilindretto portasonda interno. La sonda di temperatura 22 è connessa mediante un cavetto elettrico (non visibile in figura) ad un sistema di regolazione della corrente entro la serpentina 2.

Nel funzionamento, lo strato interno di ossido 31, essendo un buon isolante elettrico, isola la serpentina metallica 2 dalla corazza 1, rendendo con ciò più affidabile l’isolamento offerto dal foglio di mica 17A. La serpentina resistiva 2, opportunamente riscaldata dalla corrente circolante, conduce calore prevalentemente sulla superficie interna del guscio 1 , poiché la conduzione verso il coperchio 1COP viene ostacolata dallo spesso isolante termico 16.

Il calore assorbito dalla lamiera di alluminio del guscio 1 viene diffuso dalla superficie esterna della corazza verso il corpo, o l’ambiente, da riscaldare. La diffusione è attuata prevalentemente per irraggiamento di radiazione infrarossa dallo strato esterno di ossido 30.

Gli strati di ossido 30 e 31 sono ottenuti mediante un procedimento di ossidazione anodica “dura". Si tratta di un processo elettrolitico a bassa temperatura che forma uno strato di ossido di alluminio sopra la superficie della lastra di alluminio trattata con parziale penetrazione all'interno. Questo tipo di trattamento permette l’utilizzazione dell’alluminio nelle condizioni operative più difficili, garantendone la resistenza strutturale ad elevate temperature (fino a 2.000 °C per esposizioni di breve durata). L’ossidazione anodica dura provoca inoltre un’autocolorazione dello strato trattato con colore tendente gradualmente al nero in funzione dello spessore di ossido. La conducibilità termica è approssimativamente da un decimo ad un trentesimo di quella dell’alluminio di base, in questo modo all’aumentare dello spessore del trattamento aumenta l’emissività della superficie radiante avvicinandosi a quella ideale del “corpo nero”. Lo spessore dello strato interno di ossido 31 è una frazione dello strato esterno 30, pertanto l’ossido 31 non ostacola significativamente la trasmissione del calore dalla serpentina 2 alla base del guscio 1.

Sulla base della descrizione fornita per un esempio di realizzazione preferito, è ovvio che alcuni cambiamenti possono essere introdotti dal tecnico del ramo senza con ciò uscire dall’ambito dell’invenzione. La presente invenzione comprende quindi tutte le realizzazioni che risultano dalle seguenti rivendicazioni.

Claims (17)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pannello per riscaldamento elettrico costituito da un contenitore ermetico comprendente un guscio (1) a base sostanzialmente rettangolare ed un coperchio (1COP) con al proprio interno una resistenza elettrica foggiata a guisa di serpentina (2) sostanzialmente planare costituita da una serie di anse a forma di U dì materiale altamente conduttivo, isolata elettricamente dal contenitore mediante interposto materiale elettricamente isolante (17A, 17B) a contatto della serpentina (2) e, rispettivamente, del guscio (1) e del coperchio (1COP) minimizzando gli spazi liberi interni caratterizzato dal fatto che: detto materiale altamente conduttivo forma una barra rigida (2) a sezione rettangolare di larghezza e spessore costanti.
2. 2. Il pannello della rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta resistenza elettrica a serpentina è idonea ad operare stabilmente ad una temperatura superiore a 400 °C.
3. 3. Il pannello della rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto materiale altamente conduttivo è l’acciaio cosiddetto inossidabile, preferibilmente quello classificato come AISI 304.
4. 4. Il pannello della rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta barra rigida a sezione rettangolare (2) ha un rapporto tra larghezza e spessore inferiore a 3.
5. 5. Il pannello della rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta barra costituente la serpentina (2) è lunga circa 20 m.
6. 6. Il pannello della rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che detta serpentina (2) comprende conduttori paralleli adiacenti separati di circa la larghezza di detta barra (2).
7. 7. Il pannello delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzato dal fatto che detta serpentina (2) ha un profilo di alta precisione ottenuto tagliando una lastra mediante getto d’acqua puntiforme ad altissima pressione.
8. 8. Il pannello delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che detto contenitore ermetico è in alluminio e che la superficie esterna di base del detto guscio (1) incorpora uno spesso strato di ossido da anodizzazione (30) di colore prevalentemente nero, uniformemente distribuito su tutta la base per favorire l'irraggiamento infrarosso.
9. 9 Il pannello della rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto strato di ossido di alluminio (30) è spesso circa 80 μm e si estende anche sulla superficie interna di detta base a formare un secondo strato (31) con spessore minore.
10. 10. Il pannello delle rivendicazioni da 1 a 9, caratterizzato dal fatto che tra detto coperchio (1COP) e detta serpentina (2) è interposto un elemento isolante termico (16).
11. 11. Il pannello delle rivendicazioni da 1 a 10, caratterizzato dal fatto che tra ciascuna coppia di conduttori adiacenti di detta serpentina (2) è interposto un listello distanziale (15) di materiale elettricamente isolante.
12. 12. Il pannello delle rivendicazioni da 1 a 11, caratterizzato dal fatto che le estremità di detta barra costituente la serpentina (2) si estendono oltre la serpentina stessa allargandosi fino ad assumere una forma pseudo-circolare (TRA, TRB) per la connessione a mezzi di contatto (14, 12) connettibili ai cavi di alimentazione.
13. 13. Il pannello della rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di contatto (12, 14) e dette terminazioni pseudo-circolari (TRA, TRB) di detta serpentina (2) sono alloggiate entro un contenitore ermetico (MDC) in comunicazione con detto guscio (1) ad una estremità.
14. 14. Il pannello della rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di contatto (12, 14) includono due colonne di contatto elettricamente conduttrici (12), cave al loro interno per l'inserimento e la connessione di un rispettivo cavo di alimentazione, con la base circolare più larga del fusto avvitata (14) ad una rispettiva terminazione pseudo-circolare (TRA, TRB) di detta serpentina (2).
15. 15. Il pannello della rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detto contenitore ermetico (MDC) ha un coperchio (8) avvitato ai bordi di un’apertura della parete opposta alla base del guscio (1), con due fori in corrispondenza di dette colonne di contatto (12) per l’inserzione di mezzi passacavo ermetici (CL1, CL2 , 4, 1).
16. 16. Il pannello delle rivendicazioni da 1 a 15, caratterizzato dal fatto che include una sonda di temperatura (22) posizionata in prossimità di detta barra conduttiva (2) attraverso detto coperchio (1COP) e detto elemento isolante termico (16).
17. 17. Il pannello della rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che detta sonda di temperatura (22) è connessa mediante un cavetto elettrico ad un sistema di regolazione della corrente entro la