KR20210137150A - 가열 요소 안정화 핀들을 갖는 전기 유체 유동 히터 - Google Patents

가열 요소 안정화 핀들을 갖는 전기 유체 유동 히터 Download PDF

Info

Publication number
KR20210137150A
KR20210137150A KR1020217032402A KR20217032402A KR20210137150A KR 20210137150 A KR20210137150 A KR 20210137150A KR 1020217032402 A KR1020217032402 A KR 1020217032402A KR 20217032402 A KR20217032402 A KR 20217032402A KR 20210137150 A KR20210137150 A KR 20210137150A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heating element
jacket
fins
heating
bore
Prior art date
Application number
KR1020217032402A
Other languages
English (en)
Inventor
마르쿠스 만
Original Assignee
칸탈 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 칸탈 게엠베하 filed Critical 칸탈 게엠베하
Publication of KR20210137150A publication Critical patent/KR20210137150A/ko

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00Details
    • F24H9/06Arrangement of mountings or supports for heaters, e.g. boilers, other than space heating radiators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00Details
    • F24H9/18Arrangement or mounting of grates or heating means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
    • F24H1/12Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium
    • F24H1/14Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium by tubes, e.g. bent in serpentine form
    • F24H1/142Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium by tubes, e.g. bent in serpentine form using electric energy supply
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00Air heaters
    • F24H3/002Air heaters using electric energy supply
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00Air heaters
    • F24H3/02Air heaters with forced circulation
    • F24H3/022Air heaters with forced circulation using electric energy supply
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00Air heaters
    • F24H3/02Air heaters with forced circulation
    • F24H3/04Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element
    • F24H3/0405Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element using electric energy supply, e.g. the heating medium being a resistive element; Heating by direct contact, i.e. with resistive elements, electrodes and fins being bonded together without additional element in-between
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00Details
    • F24H9/0005Details for water heaters
    • F24H9/001Guiding means
    • F24H9/0015Guiding means in water channels
    • F24H9/0021Sleeves surrounding heating elements or heating pipes, e.g. pipes filled with heat transfer fluid, for guiding heated liquid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00Details
    • F24H9/0052Details for air heaters
    • F24H9/0057Guiding means
    • F24H9/0063Guiding means in air channels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F28D1/05383Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with multiple rows of conduits or with multi-channel conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/022Tubular elements of cross-section which is non-circular with multiple channels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/14Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending longitudinally
    • F28F1/16Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending longitudinally the means being integral with the element, e.g. formed by extrusion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F7/00Elements not covered by group F28F1/00, F28F3/00 or F28F5/00
    • F28F7/02Blocks traversed by passages for heat-exchange media
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40Heating elements having the shape of rods or tubes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H2250/00Electrical heat generating means
    • F24H2250/02Resistances
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/002Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements
    • H05B2203/003Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements using serpentine layout

Abstract

가스상 매체의 관류를 허용하기 위해 복수의 종방향 보어들을 포함하는 재킷 블록을 갖는 유체의 유동을 가열하기 위한 전기 히터가 제공된다. 세장형 가열 요소는 각각의 보어를 통해 연장되고, 각각의 보어 내의 세장형 가열 요소를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 반경방향 내부로 돌출하는 복수의 안정화 핀들을 통해 재킷 블록 내에서 위치 안정화된다.

Description

가열 요소 안정화 핀들을 갖는 전기 유체 유동 히터
본 발명은 유체의 유동을 가열하기 위한 전기 히터에 관한 것이지만, 특히 배타적이지는 않게, 가열 요소를 위치적으로 안정화 및 중심맞춤하기 위해 핀들을 포함하는 가열 요소를 수용하기 위한 재킷 블록을 갖는 전기 히터에 관한 것이다.
가스를 고온으로 가열하기 위한 전기 히터는 통상적으로 가스의 관류에 적합한 튜브 및 유동 가스를 가열하기 위한 전기 가열 요소 (튜브 내에 위치됨) 를 포함한다.
종래에, 비교적 미세한 와이어들은 튜브 내에 나선형 구성으로 감겨져서 가스가 튜브를 통해 유동할 때 와이어를 통해 전류가 통과함으로써 가열 효과가 달성된다. 따라서, 전기 에너지의 열 (가열 와이어를 통해) 로의 전환 효율은, 예를 들면 와이어의 저항 및 인가된 이용가능한 전기 전압에 의존한다. 특히, 열 에너지로의 이러한 전환은 와이어에 의해 달성가능한 최대 온도, 유동 저항 및 열 교환에 이용가능한 표면 영역에 의존한다. 전형적으로, 종래의 전기 프로세스 히터들에 의해 달성될 수 있는 최대 가스 온도들은 대략 또는 약 700 내지 900℃ 일 수 있다. 그러나, 온도가 높을수록 와이어의 파단 및 고장 경향이 더 크다.
보다 최근에, EP 2926623 호에는 로드가 관통하는 관형 보어에 의해 원하는 단면비 (cross-sectional ratio) 를 제공하기 위해 가열 와이어가 더 큰 단면 표면을 갖는 전기 유동 히터가 개시되어 있다. 단일의 가열 요소는 복수의 구부러진 (또는 루프형) 단부들을 개재하여 복수의 보어들 (세장형 관형 요소들 내에 형성됨) 을 통해 연장된다. 최대 1200℃ 의 가스 가열 온도들이 개시되어 있다.
종래의 전기 유동 히터들은 1100℃ 정도의 높은 온도를 달성할 수 있지만, 높은 가스 속도 및 큰 압력 차이는 가열 요소 및 요소가 연장되는 주변 튜브들 또는 재킷 블록들의 인장 및 이동 또는 진동을 야기한다. 가열 요소는 기계적인 충격 및 응력에 취약하여 불가피하게 파손을 유발한다. 이러한 현상은 세장형 튜브 (재킷 블록) 이 수직으로 배향될 때 보다 더 두드러지고, 여기서 중력은 가열 요소들에 대한 응력 및 물리적 요구들에 더 기여한다.
또한, 효율을 최대화하기 위해, 가열 요소는 전형적으로 둘러싸는 세장형 재킷 블록 내의 다수의 보어들을 통과한다. U 형상의 구부러진 축방향 단부 섹션을 갖는 요소는, 재킷 블록의 각각의 축방향 단부에서 인접한 보어들로부터 나와 이 보어들로 복귀한다. 예를 들어 보어 내의 국부화된 온도 변동으로부터 야기되는 가열 요소의 작은 위치 편차는, 구부러진 단부 섹션들의 변위를 유발하고, 이는 (구부러진 단부들에서) 요소가 그 자체와 접촉하도록 할 수 있다. 이는 결국 전기 히터의 단락 및 고장을 야기한다. 매우 미세한 허용오차로 인해 보다 최근의 히터들 중 일부에 대해서 이러한 단락 위험이 훨씬 더 크다. 따라서, 이들 문제점들을 해결한 전기 유체 유동 히터가 요구된다.
본 발명의 목적은, 보어 또는 채널의 형상과는 독립적으로, 가스와 같은 유체의 우수한 가열을 제공하는 전기 유체 유동 히터를 제공하는 것이다. 더욱이, 본 발명의 목적은 (유체 유동의) 길이 방향으로 신장될 직선 로드를 포함하는 유동 히터를 제공하는 것이며, 이는 환형 갭에 의존하지 않고 유체 유동 히터에 제어된 효율적인 열 전달을 제공할 것이다. 추가로, 유체로의 균일한 열 전달을 유지하면서 저압 강하를 갖는 유동 히터를 제공하는 것이 목적이다.
본 발명의 다른 목적은 히터 서비스 수명을 향상시키기 위해 가열 요소에 대한 물리적 응력, 피로 및 손상을 최소화하면서 적절한 온도에서 700℃ 정도, 예를 들어 최대 900℃, 예를 들어 최대 1100℃, 잠재적으로 최대 1300℃ 의 높은 온도로 달성할 수 있는 유체, 특히 가스 (가스상 매체) 를 가열하는 전기 유체 유동 히터를 제공하는 것이다.
다른 목적은 적어도 하나의 재킷 요소 (이 또한 세장형 재킷 블록을 형성함) 내로 연장되는 가열 요소를 안정화 및 중심맞춤하여, 재킷 블록의 재킷 요소에 대한 가열 요소의 독립적인 이동이 최소화되고 바람직하게는 제거되는 것이다.
다른 특정 목적은 재킷 블록 및 재킷 블록을 통해 연장되는 종방향 보어 또는 채널을 지나 축방향으로 연장되는 구부러진 축방향 단부 섹션들에서 가열 요소가 그 자체와 접촉하는 것을 방지하기 위해 재킷 블록 내에 위치된 가열 요소를 안정화시키는 것이다.
또 다른 특정 목적은 전기 히터의 효율을 최대화하기 위해 재킷 요소 (재킷 블록 및 세장형 보어 또는 채널) 를 통해 유동하는 가스와 가열 요소 사이의 열 전달 효율을 증가시키는 것이다.
따라서, 가열 요소 (재킷 요소 및/또는 재킷 블록 내에 적어도 부분적으로 수용됨) 가 안정화 및 중심맞춤시키는 핀 세트에 의해 가열 요소 (재킷 블록) 내부에서 위치적으로 안정화되는 전기 유체 유동 히터가 제공된다. 이러한 핀은 가열 요소 주위에 놓이고 각각의 보어 내의 측방향 이동을 방지하기 위해 각각의 보어 또는 채널 (가열 요소가 통과하는 채널) 내로 반경방향으로 돌출한다. 추가로, 핀은 각각의 채널 또는 보어가 중심맞춰지기 때문에 균질한 온도 분포를 제공할 것이다.
따라서, 충분한 안정화를 달성하고 특히 각각의 보어 또는 채널의 축방향 중심 상의 가열 요소의 중심맞춤을 달성하기 위해 최소수인 각각의 보어 또는 채널 내에 내부적으로 적어도 3 개의 안정화 핀들이 제공된다. 따라서, 가열 요소는 각각의 보어 또는 채널 내에서 반경방향 (측방향) 편차가 방지되고, 이는 또한 (재킷 요소, 재킷 블록을 넘어 축방향으로 연장되는) 가열 요소의 U 형상의 루프형 단부들이 서로 접촉하는 것을 방지하고, 그렇지 않으면 전기 히터의 단락 및 고장이 발생할 수 있다.
본 발명의 전기 유체 유동 히터는 핀들로 인해 유체 유동 히터 재킷 요소 및/또는 재킷 블록에서 더 많은 자유 유동 단면 영역을 가지고, 이는 전형적으로 정사각형 외부 형상을 가지며, 즉 전기 유체 유동 히터 내의 더 많은 영역이 유체의 가열을 위해 사용될 수 있고, 또한 복사에 의해 열이 전달되므로 유동의 간접적인 가열이 가능할 것임을 의미한다. 또한, 핀은 재킷 요소 및/또는 재킷 블록의 적절한 중심맞춤을 제공할 것이며, 이는 특히 순환 작동시 고장에 덜 노출된다.
유체의 유동을 가열하기 위한 전기 히터가 제공된 본 발명의 제 1 양태에 따르면, 전기 히터는: 제 1 길이방향 단부 및 제 2 길이방향 단부를 갖는 축방향으로 세장형 재킷 블록을 규정하는 적어도 하나의 축방향으로 세장형 재킷 요소; 재킷 블록을 통해 내부로 연장되고 각각의 제 1 길이방향 및 제 2 길이방향 단부의 각각에서 개방되고, 적어도 하나의 재킷 요소의 내부 대면 표면에 의해 각각 규정되는 복수의 방향 보어들 또는 채널들; 축방향으로 연장되고, 특히 보어들 또는 채널들을 통해 축방향으로 직선으로 연장되는 적어도 하나의 가열 요소로서, 각각의 구부러진 축방향 단부 섹션을 가짐으로써, 적어도 하나의 가열 요소가 각각의 제 1 길이방향 단부 및 제 2 길이방향 단부 중 하나 또는 둘 다에서 인접한 또는 이웃하는 보어들 또는 채널들로부터 나오고 그리고 그 안으로 복귀하며, 상기 적어도 하나의 가열 요소 및 재킷 블록은 가열 조립체를 형성하는, 상기 적어도 하나의 가열 요소를 포함하고; 보어들 또는 채널들 각각의 내에서 적어도 하나의 재킷 요소로부터 적어도 하나의 가열 요소를 향해 반경방향 내부로 돌출하는 적어도 3 개의 핀들을 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명의 전기 히터는 자유 형상일 것이며, 이는 핀들로 인해, 보어들 또는 채널들이 임의의 형상을 가질 수 있고, 이에 의해 후술하는 바와 같은 단면 영역비 (cross sectional area ratio) 한계를 충족시킬 수 있다는 것을 의미한다.
일 실시형태에 따르면, 축방향으로 세장형 재킷 요소는 로드 또는 와이어일 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 축방향으로 세장형 재킷 요소는 그 길이의 적어도 75% 의 축방향으로 직선 정렬을 가진다. 다른 실시형태에 따르면, 전체 세장형 재킷 요소는 직선 정렬을 가진다.
안정화 및 중심맞춤 핀 및 특히 각각의 보어를 규정하는 재킷 요소의 단면 프로파일은 가열 요소로부터 유동 가스로의 열적 에너지 전달 효율을 최대화하도록 된다. 이는 부분적으로 중심맞춤 핀들에 의해 규정되는 '로브 (lobes)' 를 포함하는 것으로 간주될 수 있는 각각의 보어 또는 채널의 내부 형상 프로파일을 통해 달성된다. 특히, 재킷 요소/재킷 블록의 단면 평면에서, 보어 또는 채널의 내부 대면 표면은 가열 요소의 외부 대면 표면으로부터 충분한 분리 거리만큼 이격되어, 충분한 체적의 가스의 유동이 가열 요소 주위에 균일하게 그리고 균질하게 가능하게 한다. 일 실시형태에 따르면, 가열 요소의 단면 영역을 보어 또는 채널 또는 공동의 단면 영역으로 나눈 것으로 규정되는 표면 영역비는 0.12 내지 0.72 의 범위이다.
따라서, 중심맞춤 핀들은 가열 요소 주위에 균일하게 가스의 유동의 배향 또는 채널링 (channelling) 을 제공한다. 이는 가열 요소를 따라 축방향으로 그리고 가열 요소 주위에 반경방향으로 국부화된 온도 편차를 방지하는데 유리한데, 그렇지 않으면 응력 및 특히 가열 요소의 굽힘 또는 뒤틀림을 야기한다. 이해되는 바와 같이, 이는 또한 U 형상 단부 섹션들의 측방향 변위를 제공하거나 이에 기여하고, 단락의 위험을 증가시킨다.
더욱이, 가열 요소 주위의 이용가능한 자유-유동 표면 영역은 가열 요소의 단면 영역을 따라 균일하고 제어된 가열 및 냉각을 제공할 것이다.
선택적으로 재킷 블록을 통한 단면 평면에서, 각각의 보어 또는 채널의 내부 대면 표면과 적어도 하나의 가열 요소의 외부 대면 표면 사이의 반경방향 분리 거리는 적어도 하나의 가열 요소 주위의 원주 방향으로 핀들 각각의 사이에서 불균일하다. 바람직하게는, 상기 단면 평면에서, 상기 분리 거리는 원주방향으로 인접한 핀들 사이의 중심 위치에서 최대가 된다. 이러한 배열은 보어들 또는 채널들을 통한 가스 유동의 용량 및 속도를 최대화하고 바람직하지 않은 국부화된 가열을 방지하는데 유리하다.
본 명세서에서 '핀들' 및 '안정화 핀들' 및 '중심맞춤 핀들' 및 '안정화 및 중심맞춤 핀들' 에 대한 참조는 재킷 요소/재킷 블록의 본체로부터 가열 요소를 향해 반경방향 내부로 연장되는 리브들, 리지들, 스플라인들 및 돌출부들을 포함하고, 그의 형상을 축방향으로 변경하거나 심지어 부분적으로 사라질 수 있다.
핀들은 선형일 수 있거나 종방향으로 만곡되거나 구부러질 수 있다. 선택적으로, 핀들은 그 길이를 따라 나선 또는 부분 나선일 수 있다. 이러한 배열은 가열 조립체를 통한 가스의 유동 제어를 보조할 수 있고, 가열 요소를 따라 그리고 가열 요소 주위에서 국부적인 가열 변화에 대한 경향을 감소시킬 수 있다.
본 명세서에서 '적어도 하나의 축방향으로 세장형 재킷 요소' 및 '축방향으로 세장형 재킷 블록' 에 대한 참조는 히터의 축방향으로 '세장형' 이 되도록 대응하는 폭 또는 두께보다 큰 길이를 갖는 커버, 슬리브 및 다른 재킷-유형 요소들을 포함한다. 그러한 '세장형' 요소들 및 블록들에 대한 참조는 그들 각각의 길이방향 단부들 사이에 실질적으로 연속적으로 중실이고 길이방향 단부들 사이에 또는 갭들, 보이드들, 간격들 또는 다른 분리들을 포함하지 않는 본체들을 포함한다.
바람직하게는, 세장형 재킷 요소들 및 세장형 재킷 블록들은 가열 요소의 직선 또는 선형 섹션들을 수용하도록 적어도 하나의 각각의 내부 보어 또는 채널을 포함하는 실질적으로 직선/선형 본체들이다. 따라서, 본 발명의 재킷 요소들 및 재킷 블록들은 가열 요소의 U 형상의 구부러지거나 만곡된 단부 섹션들 사이에서 직선/선형 섹션들의 길이를 실질적으로 따라서 가열 요소의 직선/선형 섹션들을 실질적으로 케이싱하거나 둘러싸거나, 커버하거나, 수용하거나 또는 포함하도록 구성된다. 따라서, 가열 요소의 구부러지거나 만곡된 섹션들이 가열 요소/재킷 블록으로부터 단지 돌출하고 그에 의해 커버 또는 수용되지 않는 것이 바람직하다.
따라서, 본 명세서에서 ‘재킷’ 요소 및 ‘재킷’ 블록에 대한 참조는 재킷 요소/블록의 각각의 길이방향 단부들로부터 돌출되는 가열 요소의 구부러지거나 만곡된 단부 섹션들 사이에서 실질적으로 연속적으로 가열 요소를 포함하거나, 수용하거나, 둘러싸거나, 재킷팅 (jacket) 하도록 각각의 중공 본체를 포함한다.
대응하는 축방향으로 세장형 내부 보어 또는 채널을 갖는 세장형 재킷 요소 및 재킷 블록의 효과는, 가열 요소 주위에서 폐쇄 한정하여 보어 또는 채널을 통해 유동하는 유체와 가열 요소 사이의 열적 에너지 전달의 효율을 최대화시키는 것이다. 가열 요소 및 가열 블록의 길이방향 세장형 구성은, 유동 유체가 가열 요소, 실질적으로 가열 요소의 직선/선형 섹션의 전체 길이 주위에서 보어 또는 채널 내에 적절하게 포함되도록 제공된다.
본 명세서에서, 세장형 가열 요소/재킷 블록 내에 보어들 또는 채널들로부터 나오는 가열 요소의 각각의 제 1 길이방향 단부 및 제 2 길이방향 단부에 대한 참조는, 요소/블록의 보어 또는 채널 내에서 연속적으로 수용되는 가열 요소의 직선/선형 섹션들과 구별되도록 구성될 수 있다. 이해되는 바와 같이, 가열 요소와 유체 사이의 거의 모든 열적 전달은 세장형 보어(들) 또는 채널(들) 내에서 발생한다.
바람직하게는, 적어도 하나의 재킷 요소 (재킷 블록) 는 비-도전성 재료를 포함한다. 선택적으로, 재킷 요소 (재킷 블록) 는 내화물 또는 세라믹 재료로부터 배타적으로 형성된다. 선택적으로, 재킷 요소는 각각의 세장형 보어 또는 채널 내에 그리고 재킷 요소의 외부 영역에서 코팅으로서 형성된 내화물 또는 세라믹 (즉, 비-도전성) 재료에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고 케이싱되는 코어 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 재킷 요소 (재킷 블록) 는 내열성 및 전기 절연성으로 구성된다.
바람직하게는, 히터는 단일 본체로서 함께 조립되고 (주변 케이싱과 재킷 블록 사이에서 연장되는) 스페이서들에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 복수의 재킷 요소들을 포함한다. 재킷 요소들은 전기 히터의 케이싱 및 다른 구성요소들에 대해 재킷 블록을 위치적으로 고정시키도록 재킷 블록의 길이를 따라 상이한 영역들에 위치된 스페이서들 및/또는 다른 지지 부재들을 통해 선택적으로 조립체로서 함께 조립되고 결합된다.
선택적으로, 케이싱 (대안적으로 피복부 (sheath) 라고 함) 은 가열 조립체를 캡슐화하는 일반적으로 중공의 원통형 또는 중공의 입방형 형상을 포함한다. 바람직하게는, 스페이서들은 케이싱의 반경방향 내부 표면에 부착된다. 선택적으로, 스페이서들은 히터에 구조적 강도를 부여하도록 그리고 제조 용이성을 위해 케이싱의 내부 표면에 용접될 수 있다. 따라서, 스페이서들은 케이싱의 일부를 형성하도록 고려될 수 있다.
본 명세서 내에서 '가열 요소' 에 대한 참조는 비교적 얇은 와이어들 및 보다 큰 단면 가열 요소들을 포함한다. 이러한 가열 요소, 로드, 바아 또는 와이어는 철-크롬-알루미늄 (Fe-Cr-Al) 합금 또는 니켈-크롬-철 (Ni- Cr-Fe) 합금을 포함할 수 있지만, 다른 적합한 합금 또는 재료가 또한 사용될 수 있다. 많은 실제 경우들에서, 각각의 보어 또는 채널을 규정하는 내부 대면 표면과 가열 요소 사이의 최대 내부 간격은 0.5 내지 20 mm 이지만, 또한 보다 넓은 범위로 0.2 mm 내지 50 mm 일 수 있다. 선택적으로, 특히 보다 두꺼운 가열 요소는 또한 선택적으로 함께 서로 엮이거나 꼬이는 개별적인 로드들 또는 와이어들의 번들을 포함할 수 있다. 그러한 실시형태들에 있어서, 상기 언급된 내부 간격은 가열 요소로부터 가장 멀리 분리된 각각의 종방향 보어 또는 채널을 규정하는 내부 대면 표면의 영역들에 대한 로드들 또는 와이어들의 번들 사이의 내부 간격에 의해 규정된다.
선택적으로, 원주 방향으로 핀들 각각의 폭은 적어도 하나의 가열 요소를 향하는 방향으로 감소한다. 선택적으로, 핀들 각각은 일반적으로 보어들 또는 채널들의 단면 평면에서 쐐기 형상일 수 있다. 선택적으로, 보어들 또는 채널들의 단면 평면에서, 각각의 핀은 다각형, 직사각형, 정사각형, 삼각형 또는 반원형 단면 형상 프로파일을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 단면 평면에서, 내부 대면 표면은 만곡된 영역들 및 선형 또는 평면 영역들을 포함한다. 특히, 원주 방향으로 핀들 사이의 보어들 또는 채널들의 내부 대면 표면은 연속적으로 만곡되지 않는다. 안정화 핀들 사이에 원주 방향으로 위치된 보어들 또는 채널들은 (각각의 보어 또는 채널 내에 위치된) 가열 요소에 중심맞춰지고 그 주위로 연장되는 가상의 원을 넘어 반경방향 외부로 돌출한다. 이러한 가상의 원에 대해, 각각의 채널은 가스의 관류를 위한 이용가능한 체적을 증가시키기 위해 (가상의 원을 넘어 반경방향 외부로 연장함으로써) 더 큰 단면 영역을 가지도록 확장된 것으로 고려될 수 있다. 이러한 구성은 가열 요소의 길이를 따라 국부화된 온도 편차를 감소시키면서 본 발명의 에너지 전달 및 가열 용량 둘 다를 향상시키는데 유리하다.
선택적으로, 내부 대면 표면의 선형 또는 평면 영역들은 적어도 하나의 가열 요소를 둘러싸는 가상의 다각형 영역들을 나타내고, 가상의 다각형은 핀들에 의해 원주 방향으로 차단된다. 선택적으로, 원주 방향으로, 만곡된 영역들은 인접한 핀들 사이의 중심 위치에 위치되고, 평면 영역들의 각각의 선형에 의해 어느 일측에서 플랭킹된다. 바람직하게는, 상기 단면 평면에서, 원주 방향으로 핀들 사이의 내부 대면 표면 형상은 불연속적으로 만곡된다. 바람직하게는, 상기 단면 평면에서, 원주 방향으로 핀들 사이의 내부 대면 표면의 형상은 적어도 하나의 가열 요소의 반경보다 큰 반경을 갖는 원의 원호에 의해서만 형성되지 않는다. 가열 요소 주위의 보어들 또는 채널들의 잎 (leaf) 또는 꽃잎 (petal) 형상의 구성은 가스의 유동을 제어하고 바람직하지 않은 국부적인 가열 변화를 방지한다.
바람직하게는, 핀들은 제 1 길이방향 단부 및 제 2 길이방향 단부 사이의 각각의 보어 또는 채널의 길이 대부분에 걸쳐 연장된다. 바람직하게는, 핀들은 제 1 길이방향 단부 및 제 2 길이방향 단부 사이의 보어들 또는 채널들 각각의 전체 길이에 걸쳐 연장된다. 바람직하게는, 핀들 각각은 적어도 하나의 가열 요소를 향해 반경 방향으로 동일한 깊이를 포함한다. 선택적으로, 핀들 각각은 내부 대면 표면의 평면 영역으로부터 반경방향 내부로 돌출한다. 바람직하게는, 단면 평면에서, 핀들 각각은 각각의 쐐기의 가장 얇은 부분이 적어도 하나의 가열 요소에 반경방향으로 가장 가깝게 위치되는 쐐기 형상 프로파일을 포함한다.
선택적으로, 히터는 각각의 보어 또는 채널 각각에서 반경방향 내부로 돌출하는 3 개, 4 개, 5 개 또는 6 개의 핀들을 포함할 수 있다. 그러나, 핀들의 개수는 설계에 따라 다르므로 6 개 초과의 핀들을 가질 수 있다. 따라서, 이해되는 바와 같이, 히터를 관류하는 가스 유동의 원하는 배향을 달성하고, 가열 요소를 중심맞춤하고, 가열 요소 주위의 바람직하지 않은 온도 구배를 방지하기 위해 임의의 개수의 핀들이 제공될 수 있다. 핀들은 그 길이를 따라서 선형일 수 있거나, 보어들 또는 채널들의 길이를 따라 구부러지거나, 만곡되거나, 비선형 방향을 따를 수 있다. 선택적으로, 핀들은 가열 요소/재킷 블록의 각각의 단부들 사이에서 그 길이를 따라 나선 또는 부분 나선일 수 있다.
선택적으로, 전기 히터는 가열 조립체를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 위치된 케이싱을 더 포함할 수 있고, 케이싱은 외부 피복부 및 외부 피복부와 재킷 블록 사이에서 반경방향으로 연장되는 복수의 스페이서들을 포함한다. 선택적으로, 스페이서들은 재킷 블록의 일부가 연장되는 중심 구멍을 가진 부분-디스크 형상의 부재를 포함한다. 바람직하게, 히터는 일체형 본체로서 함께 조립되고 스페이서들에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는 복수의 재킷 요소들을 더 포함할 수 있다. 선택적으로, 세장형 재킷 블록은 재킷 블록을 통해 연장되는 복수의 종방향 보어들 또는 채널들을 갖는 단일의 세장형 재킷 요소를 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 구현은 지금부터 첨부된 도면을 참조하여 그리고 단지 예로써 설명될 것이다
도 1 은 본 발명의 일 양태에 따른 전기 히터 내의 가열 조립체의 단면 측면도이다.
도 2 는 도 1 의 가열 조립체를 포함하는 전기 히터의 다른 단면 측면도이다.
도 3 은 본 발명의 일 양태에 따른 가열 요소/와이어를 둘러싸는 재킷 요소의 일부의 단면 사시도이다.
도 4 는 가열 요소가 없는 도 3 의 재킷 요소의 단면 사시도이다.
도 5 는 가열 요소가 없는 도 4 의 재킷 요소의 단부도이다.
도 6 은 본 발명의 다른 특정 구현에 따른 가열 요소/와이어를 둘러싸는 재킷 요소의 단면 사시도이다.
도 1 및 도 2 를 참조하면, 전기 히터 (1) 는 양쪽의 축방향 단부들에서 개방된 내부 챔버 (4) 를 규정하는 관형 피복부 또는 하우징 (3) (내부 대면 표면 및 외부 대면 표면 (3b, 3a) 을 각각 가짐) 의 형태의 케이싱 (2) 을 포함한다. 히터 (1) 는 가스 공급 튜브 (22), 입구 튜브 (15) 를 갖는 가스 출구 노즐 (16) 및 전류 공급 플랜지 (21) 에 장착된 고정 플랜지 (20) 를 포함한다. 가스 공급 튜브 (22) 는 원통형 공동 (19) 내로 개방되며, 원통형 공동을 통해 병렬 전류 연결 튜브들 (18) (단지 하나의 튜브만이 도시됨) 이 연장된다. 전류 연결 튜브들 (18) 은 전기 연결 플랜지 (21) 와 정합된 전기 가열 요소 (11) 의 단부들의 연결을 위한 통로를 형성하고, 이 전기 연결 플랜지로부터 외부 전기 연결부들 (23) 이 연장된다. (가열 요소의 일부일 수 있는) 중심맞춤 연장부 (17) 는 가열 조립체 (5) 의 안정화를 보조하기 위해 튜브 (18) 내로 돌출한다.
일반적으로 도면번호 5 로 지칭된 가열 조립체는 챔버 (4) 내에 장착되고, 길이방향으로 세장형 재킷 블록 (7) 을 형성하도록 함께 조립되고 유지되는 복수의 길이방향으로 세장형 재킷 요소들 (6) 로 형성된다. 각각의 세장형 재킷 요소 (6) 는 재킷 블록 (7) 의 제 1 축방향 단부 및 제 2 축방향 단부 (7a, 7b) 에서 개방되도록 각각의 재킷 요소 (6) 의 전체 길이로 연장되는 길이방향으로 연장되는 종방향 내부 보어 또는 채널 (8) 을 포함한다. 재킷 요소 (6) 및 재킷 블록 (7) 은 중실의 질량 및 체적이 제 1 축방향 단부와 제 2 축방향 단부들 (7a, 7b) 사이에서 연속적으로 연장되는 중공의 본체들로서 형성된다. 즉, 재킷 요소들 (6) 및 재킷 블록들 (7) 은 각각의 단부들 (7a, 7b) 사이에 불연속적이지 않다. 그러한 배열은 추가로 본원에서 상세하게 설명되는 바와 같이 각각의 재킷 요소들 (6) 내에 열적 에너지 전달의 정도 및 효율을 최대화하는데 유리하다.
재킷 블록 (7) 은 각각의 재킷 블록 축방향 단부 (7a, 7b) 를 향해 길이방향으로 위치된 디스크-형상 스페이서들 (9a, 9b) 의 쌍을 통해 제 위치에 (케이싱 (2) 내에) 장착된다. 피복부 (3) 및 스페이서들 (9a, 9b) 은 금속으로부터 형성될 수 있어서 스페이서들 (9a, 9b) 은 용접을 통해 피복부 (3) 의 내부 대면 표면 (3b) 에 고정된다. 각각의 스페이서 (9a, 9b) 는 직사각형 형상 프로파일을 갖고 또한 외부로 일반적으로 입방형 형상 프로파일을 포함하는 재킷 블록 (7) 을 수용하도록 치수결정된 중심의 구멍 (10) 을 포함한다. 따라서, 재킷 블록 (7) 은 챔버 (4) 내에서 현수되고 슬리브 내부 대면 표면 (3b) 으로부터 공간적으로 분리되도록 각각의 스페이서 구멍 (10) 내에 장착된다.
일반적으로 도면부호 11 로 지칭되는 가열 요소는 일반적으로 재킷 블록 (7) 의 축방향 단부들 중 하나로부터 돌출하는 각각의 단부들 (11d, 11e) 을 갖는 세장형 와이어 (또는 로드) 로서 형성된다. 단부들 (11d, 11e) 은, 예시적인 목적을 위해 재킷 블록 (7) 의 '뜨거운' 단부 (7b) 로부터 돌출하도록 도 1 내지 도 3 에 도시된다. 단부들 (11d, 11e) 은 바람직하게는 재킷 블록 (7) 의 '차가운' 단부 (7a) 로부터 연장된다. 가열 요소 (11) 는 일반적으로 원형의 단면 프로파일을 포함하고 각각의 재킷 요소 보어 또는 채널 (8) 의 단면 영역보다 약간 더 작게 치수결정된다. 단일의 가열 요소 (11) 는 각각의 구부러진 축방향 단부 섹션들 (11a 및 11b) 을 개재하여 재킷 블록 (7) 의 각각의 세장형 보어 또는 채널 (8) 을 통해 연속하여 연장되도록 된다. 특히, 제 1 재킷 요소 (6) 의 하나의 보어 또는 채널 (8) 로부터 나타나는 가열 요소 (11) 는 재킷 블록 제 1 축방향 단부 (7a) 에서 인접한 또는 이웃하는 보어 또는 채널 (8) 내로 복귀하도록 180° (가열 요소 단부 섹션 (11a)) 를 통해 구부러진다. 이는 구부러진 단부 섹션들 (11b) 을 통해 재킷 블록 제 2 축방향 단부 (7b) 에서 반복된다. 가열 요소 단부들 (11d, 11e) 은, 이해되는 바와 같이 전류가 요소 (11) 를 통과할 수 있도록 (커넥터 (23) 를 개재하여) 전기 연결부들에 결합될 수 있다.
도 3 을 참조하면, 각각의 재킷 요소 (6) 는 일반적으로 평면인 4 개의 종방향으로 연장하는 측면들 (6a, 6b, 6e 및 6h) 을 포함하여서, 각각의 재킷 요소는 재킷 요소들이 터치 접촉으로 함께 안착되어 재킷 요소들 (6) 의 개별적인 측면들이 재킷 블록 (7) 의 외부 대면 표면들을 형성하는 직사각형 입방정 일체형 본체를 형성할 수 있도록 된 외부로 일반적으로 정사각형 단면 형상 프로파일을 포함한다. 작은 갭은 각각의 스페이서 구멍 (10) 과 재킷 블록 (7) 의 외부 표면들 (재킷 요소 측면들 (6a, 6b, 6e, 6h) 에 의해 규정됨) 사이에 제공된다. 그러한 갭들은 스페이서들 (9a, 9b) (전형적으로 금속으로 형성됨) 및 바람직하게는 비-도전성 내화물 재료로부터 형성된 재킷 요소들 (6) 의 상이한 열적 팽창을 수용한다. 그러나, 재킷 블록 (7) 및 가열 요소 (11) 의 적어도 일부의 구조적 지지부에는 재킷 블록 (7) 과 적어도 부분적으로 접촉하는 스페이서들 (9a, 9b) (구멍들 (10) 을 개재하여) 이 제공된다.
이해되는 바와 같이, 가열 요소 (11) 및 보어들 또는 채널들 (8) 의 치수들은 각각의 보어 또는 채널 (8) 의 내부 대면 표면과 가열 요소 (11) 의 외부 표면 사이에 원하는 작은 분리 갭을 달성하도록 주의깊게 제어된다. 그러한 배열은 위치 (14a) 에서 챔버 (4) 내로 처음에 되입되어 그 후 보어 또는 채널 (8) 각각을 통해 유동하고 위치 (14b) 에서 가열 조립체 (5) 로부터 나가도록 요소 (11) 로부터 가스상 매체로의 열 에너지 전달의 효율 및 효과를 최대화하는데 유리하다. 열 에너지 전달의 이러한 효율 및 효과는 또한 각각의 단부들 (7a, 7b) 사이에서 연속적으로 길이방향으로 (축방향으로) 연장되는 가열 요소들 (6) 에 의해 또한 제공된다. 특히, 가열 요소 (11) 는 단부들 (7a, 7b) 사이에서 세장형 재킷 요소들 (6) 에 의해 전체적으로 그리고 연속적으로 수용되고, 커버되며, 포함된다. 전기 히터 (1) 가 사용시 수직으로 현수될 때에, 구부러진 단부 섹션들 (11a, 11b) 과 단부면들 (6c), 및 특히 각각의 보어 또는 채널 (8) 의 입구 및 출구 단부를 규정하는 환형의 에지들 사이에 원치않는 접촉은 가열 요소 (11) 에 대한 피로 및 손상 및 히터 (1) 의 서비스 수명의 대응하는 감소에 기여한다.
유리하게는 그리고 도 3 내지 도 5 를 참조하면, 본 발명의 전기 히터 (1) 및 특히 각각의 재킷 요소 (6) 는 각각의 보어 또는 채널 (8) 내에서 가열 요소 (11) 를 위치적으로 안정화시키고 중심맞추는 수단을 구비한다. 이러한 중심맞춤 및 안정화는, 각각의 보어 또는 채널 (8) 의 중심 영역을 따라 종방향으로 연장되고 그리고 채널 (8) 의 중심 영역 내로 그리고 이를 향해 반경방향으로 돌출하는, 일반적으로 도면부호 25 로 지칭된 안정화 핀들 세트를 통해 달성된다. 핀들 (25) 은 특별히 각각의 보어 또는 채널 (8) 의 축방향 중심에서 가열 요소 (11) 의 중심맞춤을 유지하도록 하며, 이는 또한 가열 요소 (11) 그리고 특히 (재킷 블록 (7) 의 각각의 단부면들 (7a, 7b) 을 넘어 축방향으로 돌출하는) 구부러진 축방향 단부 섹션들 (11a, 11b) 을 위치적으로 안정화시킨다. 이해되는 바와 같이, 단부들 (11a, 11b) 이 서로 접촉하여, 전기 히터 (1) 의 단락이 발생하여, 전기 히터 (1) 의 완전한 고장을 초래할 것이다. 세장형 보어 또는 채널 (8) 내의 가열 요소 (11) 의 굽힘 및 위치 왜곡은 재킷 블록 단부들 (7a, 7b) 사이의 영역들에서 가열 요소 (11) 주위의 국부적인 가열로부터 초래될 수 있다. 본 발명의 핀들 (25) 은 보어 또는 채널 (8) 내로 반경방향으로 돌출하고, 가열 요소 외부 표면 (24) 과 매우 근접하게 그리고 거의 터치 접촉하여 위치된다. 작은 반경방향 갭 (37) 이 각각의 핀 (25) 의 반경방향 최내부 단부면 (33) 과 가열 요소 외부면 (24) 사이에 제공된다. 가열 요소 (11) 가 반경방향으로 왜곡되면, 표면 (24) 은 표면 (33) 과 접촉하여 추가적인 반경방향 변위를 방지하고 보어 또는 채널 (8) 내에서 요소 (11) 의 중심맞춤을 유지하여 구부러진 단부 섹션들 (11a, 11b) 각각의 미리 정해진 분리를 유지할 수 있다.
도 3 내지 도 5 의 특정 구현예 및 또한 도 6 의 추가 실시형태에 따르면, 각각의 내부 보어 또는 채널 (8) 은 정사각형/직사각형의 코너들이 라운딩되는 일반적인 정사각형 또는 직사각형 단면 형상을 포함하는 것으로 고려될 수 있다. 핀들 (25) 은 라운딩된 코너들 사이의 중간 위치에서 정사각형/직사각형의 각각의 측면으로부터 반경방향 내부로 돌출한다. 특히, 도 5 를 참조하면, 각각의 보어 또는 채널 (8) 은 각각의 코너들 (29) 사이에서 각각의 면 (31) 이 연장되는 일반적으로 평탄면들 (31) (그렇지 않으면 정사각형 또는 직사각형 단면 형상을 규정함) 에 의해 규정된다. 각각의 내부 (보어 또는 채널) 코너 (29) 는 각각의 가열 요소 (6) 의 외부 대면 표면에 제공된 각각의 코너들 (28) 로부터 반경방향 내부에 위치된다. 각각의 코너 (29) 는 이웃하는 표면들 (31) 에 의해 보어 또는 채널 (8) 주위에 원주 방향으로 각각의 측면에서 경계지어지는 아치형 섹션을 포함한다. 핀들 (25) 은 이웃하는 표면들 (31) 로부터 내부로 돌출한다. 각각의 핀 (25) 은 최내부 선단 (35) 에 제공된 반경방향 최내부 단부면 (33) 및 이 단부면 (33) 으로부터 외부로 돌출하고 만곡된 천이면들 (34) 을 통해 평탄면들 (31) 과 정합하는 테이퍼진 측면들 (32) 을 포함한다. 따라서, 각각의 핀 (25) 은 일반적으로 단면 평면에서 쐐기 형상이다. 천이면들 (34) 은 각각의 재킷 요소 (6) 의 벽 (38) 의 영역을 나타내는 각각의 핀 (25) 의 베이스 (36) 에 위치된다. 각각의 특정 실시형태에 따르면, 4 개의 핀들 (25) 이 벽 (38) 으로부터 각각의 보어 또는 채널 (8) 의 축방향 중심을 향해 내부로 돌출한다. 각각의 핀 (25) 은 각각의 코너 (29) 사이의 대략 중간에 위치된다. 각각의 핀 (25) 은 갭들 (37) 각각이 동일한 크기가 되도록 동일한 거리만큼 벽 (38) 으로부터 반경방향 내부로 돌출한다. 일 실시형태에 따르면, 표면 영역비는 가열 요소 (11) 의 단면 영역을 보어 또는 채널 또는 공동 (8) 의 단면 영역으로 나눈 것으로 표현된다.
가스 유동 채널 (40) 의 세트는 가열 요소 주위에 원주 방향으로 각각의 핀 (25) 사이에 규정된다. 각각의 채널 (40) 은, 부분적으로, 각각의 핀 (25) 의 테이퍼진 측면들 (32), 천이면들 (30), 평면들 (31), 아치형 코너 표면들 (30) 및 가열 요소 (11) 의 외부면 (24) 에 의해 규정된다. (핀들 (25) 의 존재 및 코너들 (29) 의 라운딩에도 불구하고) 각각의 보어 또는 채널 (8) 의 일반적으로 정사각형 또는 직사각형 단면 프로파일은 가열 요소 (11) 주위의 가스의 관류를 위한 단면 표면 영역을 최대화하는 역할을 한다. 이는 가열 요소 (11) 와 유동 가스 사이의 에너지 전달을 최대화하는 것이 중요하다. 안정화 핀들 (25) 의 존재에 더하여 이러한 형상 프로파일은 가열 요소 (11) 주위의 가스의 유동을 제어 및 배향하여, 바람직하지 않은 차등 가열을 방지하는데 유리한데, 그렇지 않으면 사용시 가열 요소 (11) 의 굽힘 및 뒤틀림을 초래할 것이다.
안정화 핀들 (25) 은 또한 표시된 바와 같이 각각의 보어 또는 채널 (8) 내에서 가열 요소 (11) 의 큰 위치 이동을 방지하는 수단을 제공한다. 도 5 의 단면 평면에서, 채널들 (40) 은 요소 (11) 를 둘러싸고 가스의 관류 체적을 최대화하기 위해 각각의 확장된 체적을 갖는 로브들 (27a, 27b, 27c, 27d) 을 나타낼 수 있다. 이는 전기 히터 (1) 의 가열 용량 및 효율을 향상시킨다. 특히, 본 발명자들은, 각각의 표면들/면들 (31, 30, 34 및 32) 을 통한 각각의 보어 또는 채널 (8) 의 내부 대면 표면 (13) 의 특정 형상 프로파일이 가열 요소 (11) 주위로 유동하는 가스의 균일한 가열 및 보어 또는 채널 (8) 내의 가열 요소 (11) 의 바람직하지 않은 온도 구배의 최소화에 기여한다는 것을 확인하였다. 각각의 보어 또는 채널의 단면 평면에서, 로브들 (27a, 27b, 27c, 27d) 각각은 꽃잎 또는 잎 형상 프로파일을 포함할 수 있다. 이와 같이, 단면 평면에서, 가열 요소 표면 (24) 과 보어 또는 채널 표면 (13) 사이의 분리 거리는 가열 요소 (11) 주위의 원주 방향으로 각각의 핀 (25) 사이에서 불균일하다. 본 발명의 배열은 히터 (11) 를 통해 연장되는 종축 (12) 에 수직인 방향으로 가열 요소 (11) 의 증가된 측방향 안정화를 제공하는데 유리하다. (각각의 보어 또는 채널 (8) 내에) 위치적으로 중심맞춰지고 안정화된 가열 요소를 갖는 히터는, 구부러진 축방향 단부 섹션들 (11a, 11b) 내의 임의의 이동을 최소화하고, 또한 전기 히터 (1) 및 특히 재킷 블록 (7) 을 포함하는 가열 조립체 (5) 의 작동 수명을 연장시키는데 유리하다.
이해되는 바와 같이, 본 발명이 단일 본체로서 함께 조립된 가열 요소 (6) 의 집합을 참조하여 설명되었지만, 재킷 블록 (7) 은 설명된 바와 같이 형상 프로파일 및 안정화 핀들 (25) 이 각각 제공된 복수의 내부 보어들 또는 채널들 (8) 을 갖는 단일 본체를 포함할 수 있다. 임의의 이러한 추가 구현예에 따른 단일의 재킷 블록 (7) 은 적절한 크기의 구멍 (10) 을 갖는 대응하는 안정화 공간들 (9a, 9b) 을 통해 케이싱 (2) 내에서 위치 안정화될 수 있다.

Claims (16)

  1. 유체의 유동을 가열하기 위한 전기 히터로서,
    제 1 길이방향 단부 (7a) 및 제 2 길이방향 단부 (7b) 를 갖는 축방향으로 세장형 재킷 블록 (7) 을 규정하는 적어도 하나의 축방향으로 세장형 재킷 요소 (6),
    상기 재킷 블록 (7) 을 통해 내부로 연장되고 각각의 상기 제 1 길이방향 단부 (7a) 및 상기 제 2 길이방향 단부 (7b) 각각에서 개방되는 복수의 종방향 보어들 또는 채널들 (8) 로서, 상기 보어들 또는 채널들 각각은 상기 적어도 하나의 재킷 요소 (6) 의 내부 대면 표면 (13) 에 의해 규정되는, 상기 복수의 종방향 보어들 또는 채널들 (8),
    상기 보어들 또는 채널들 (8) 을 통해 축방향으로 연장되는 적어도 하나의 가열 요소 (11) 로서, 각각의 구부러진 축방향 단부 섹션들 (11a) 을 가짐으로써,상기 적어도 하나의 가열 요소 (11) 는 하나 또는 양쪽의 각각의 상기 제 1 길이방향 단부 (7a) 및 상기 제 2 길이방향 단부 (7b) 에서 인접한 또는 이웃하는 보어들 또는 채널들 (8) 로부터 나오고 그리고 그 안으로 복귀하며, 상기 적어도 하나의 가열 요소 (11) 및 상기 재킷 블록 (7) 은 가열 조립체 (5) 를 형성하는, 상기 적어도 하나의 가열 요소 (11) 를 포함하고,
    상기 보어들 또는 채널들 (8) 각각의 내에서 상기 적어도 하나의 재킷 요소 (6) 로부터 상기 적어도 하나의 가열 요소 (11) 를 향해 반경방향 내부로 돌출하는 적어도 3 개의 핀들 (25) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 히터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 재킷 블록을 통과하는 단면 평면에서, 각각의 보어 또는 채널 (8) 의 내부 대면 표면 (13) 과 상기 적어도 하나의 가열 요소 (11) 의 외부 대면 표면 (24) 사이의 반경방향 분리 거리는 원주 방향으로 인접한 핀들 (25) 사이의 중심 위치에서 최대인, 전기 히터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    원주 방향으로 상기 핀들 (25) 각각의 폭은 상기 적어도 하나의 가열 요소 (11) 를 향하는 방향으로 감소하는, 전기 히터.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 단면 평면에서, 상기 내부 대면 표면 (13) 은 만곡된 영역들 (30) 및 선형 또는 평면 영역들 (31) 을 포함하는, 전기 히터.
  5. 제 2 항을 인용하는 제 4 항에 있어서,
    상기 만곡된 영역들 (30) 은 상기 인접한 핀들 (25) 사이의 중심 위치에 위치되고 상기 평면 영역들 (31) 의 각각의 선형에 의해 어느 일측에 플랭킹되는, 전기 히터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단면 표면 영역비 (cross-sectional surface area ratio) 는 0.12 내지 0.72 인, 전기 히터.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단면 평면에서, 원주 방향으로 상기 핀들 (25) 사이의 상기 내부 대면 표면 (13) 의 형상은 비연속적으로 만곡되는, 전기 히터.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단면 평면에서, 원주 방향으로 상기 핀들 (25) 사이의 내부 대면 표면 (13) 의 형상은 적어도 하나의 가열 요소 (11) 의 반경보다 큰 반경을 갖는 원의 원호에 의해서만 형성되지 않는, 전기 히터.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핀들 (25) 은 상기 제 1 길이방향 단부 (7a) 와 상기 제 2 길이방향 단부 (7b) 사이의 각각의 보어 또는 채널 (8) 의 길이의 대부분에 걸쳐 연장되는, 전기 히터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 핀들 (25) 은 상기 제 1 길이방향 단부 (7a) 와 상기 제 2 길이방향 단부 (7b) 사이의 상기 보어 또는 채널들 (8) 각각의 전체 길이에 걸쳐 연장되는, 전기 히터.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단면 평면에서, 상기 핀들 (25) 각각은 각각의 쐐기의 가장 얇은 부분 (35) 이 상기 적어도 하나의 가열 요소 (11) 에 반경방향으로 가장 가깝게 위치되는 쐐기 형상 프로파일을 포함하는, 전기 히터.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 요소 (11) 로서, 상기 가열 요소와 각각의 보어를 규정하는 상기 내부 대면 표면 사이의 최대 내부 간격이 0.5 내지 20 mm 인, 전기 히터.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 재킷 요소 (6) 는 비-도전성 재료를 포함하는, 전기 히터.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 히터는 상기 가열 조립체 (5) 를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 위치된 케이싱 (2) 을 더 포함하고, 상기 케이싱은 외부 피복부 (3) 및 상기 외부 피복부 (3) 와 상기 재킷 블록 (7) 사이에서 반경방향으로 연장되는 복수의 스페이서들 (9a, 9b) 을 포함하는, 전기 히터.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    일체형 본체로서 함께 조립되고 상기 스페이서들 (9a, 9b) 에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는 복수의 재킷 요소들 (6) 을 포함하는, 전기 히터.
  16. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세장형 재킷 블록 (7) 은 상기 재킷 블록 (7) 을 통해 연장되는 복수의 종방향 보어들 또는 채널들 (8) 을 갖는 단일의 세장형 재킷 요소 (6) 를 포함하는, 전기 히터.
KR1020217032402A 2019-03-25 2020-03-23 가열 요소 안정화 핀들을 갖는 전기 유체 유동 히터 KR20210137150A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19164790.8 2019-03-25
EP19164790 2019-03-25
PCT/EP2020/058015 WO2020193479A1 (en) 2019-03-25 2020-03-23 Electric fluid flow heater with heating elements stabilization fins

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210137150A true KR20210137150A (ko) 2021-11-17

Family

ID=65991529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217032402A KR20210137150A (ko) 2019-03-25 2020-03-23 가열 요소 안정화 핀들을 갖는 전기 유체 유동 히터

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220178584A1 (ko)
EP (1) EP3948102A1 (ko)
JP (1) JP2022527001A (ko)
KR (1) KR20210137150A (ko)
CN (1) CN113631871B (ko)
WO (1) WO2020193479A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102600216B1 (ko) * 2017-12-08 2023-11-08 칸탈 게엠베하 안정화 브레이스를 갖는 전기 유체 유동 히터
US20240027098A1 (en) * 2020-12-03 2024-01-25 Hc Thermal Llc Multi-pass heater
IT202100016352A1 (it) 2021-06-22 2022-12-22 Sacmi Forni & Filter S P A Gruppo riscaldatore ed apparato industriale per la cottura di manufatti ceramici

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3961741A (en) * 1972-09-13 1976-06-08 Foster Wheeler Energy Corporation Heat transfer tubes with internal extended surface
WO1999049268A1 (en) * 1998-03-20 1999-09-30 Southcorp Australia Pty. Ltd. A flue and hot water heater
SE525477C2 (sv) * 2003-07-10 2005-03-01 Sandvik Ab Elektriskt värmeelement med strålningstub
CN1858510A (zh) * 2006-05-29 2006-11-08 镇江裕太防爆电加热器有限公司 节能防爆电加热器
CN201032257Y (zh) * 2007-05-08 2008-03-05 徐宝安 一种设有漏电电压衰减电路的即热式对流循环电加热器
BRPI1013030A2 (pt) * 2009-05-20 2016-04-05 Strix Ltd "aquecedores"
US20110129205A1 (en) * 2009-11-30 2011-06-02 Emerson Electric Co. Flow-through heater
CN102147148A (zh) * 2010-02-08 2011-08-10 清华大学 流体加热器及其使用方法
DE102011054750B4 (de) * 2011-10-24 2014-08-21 Stego-Holding Gmbh Kühl- und Haltekörper für Heizelemente, Heizgerät und Verfahren zur Herstellung eines Kühl- und Haltekörpers
DE102014102474A1 (de) * 2014-02-25 2015-08-27 Sandvik Materials Technology Deutschland Gmbh Heizelement und Prozessheizer

Also Published As

Publication number Publication date
EP3948102A1 (en) 2022-02-09
CN113631871B (zh) 2022-11-04
CN113631871A (zh) 2021-11-09
US20220178584A1 (en) 2022-06-09
JP2022527001A (ja) 2022-05-27
WO2020193479A1 (en) 2020-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20210137150A (ko) 가열 요소 안정화 핀들을 갖는 전기 유체 유동 히터
US9867232B2 (en) Heating element and process heater
KR102600216B1 (ko) 안정화 브레이스를 갖는 전기 유체 유동 히터
KR102589424B1 (ko) 가열 요소 지지 부재를 갖는 전기 유체 유동 히터
US20220400537A1 (en) Heating element with open-cell structure
US20230363060A1 (en) Heating element
CN110024481A (zh) 电磁感应加热装置
US5446269A (en) Tubing shape, particularly for fabricating an induction coil
KR101749470B1 (ko) 환형 부품을 위한 가열 장치 및 그 환형 공동
US20240125513A1 (en) Electric air heater
WO2024081406A1 (en) Electric air heater
US11913736B2 (en) Continuous helical baffle heat exchanger
US4197481A (en) Magnetically focussed tube
EP4350269A1 (en) Continuous helical baffle heat exchanger
CN208609212U (zh) 一种红外线散热器
WO2021107832A1 (en) An electric gas heater device and a system of electric gas heater devices
GB2081968A (en) Magnetically-focussed power valves