MXPA99004325A - Elemento polimerico de calentamiento por inmersion con soporte estructural - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un elemento de calentamiento por resistencia eléctrica, calentadores de agua que contienen tales elementos y un método para preparar tales elementos. Los elementos de calentamiento por resistencia eléctrica pueden ser dispuestos . a través de una pared de un tanque para calentar fluido, tal como agua. Incluyen un bastidor (70) de soporte estructural, que. tiene una primera superficie de soporte (69), sobre el mismo. También incluyen un alambre de resistencia (66) enrollado sobre la primera superficie de soporte (69) y de preferencia conectado a por lo menos un par de porciones del extremo terminal. El bastidor de soporte (70) y el alambre de resistencia (66) son luego encapsulados herméticamente y aislados eléctricamente dentro de un recubrimiento (64) polimérico térmicamente conductor. El bastidor de soporte estructural (70) mejora las operaciones de moldeo por inyección para encapsular el alambre de resistencia (66) y puede incluir aletas (62) de transferencia de calor para mejorar la conductividad térmica.

Description

ELEMENTO POLIMERICO DE CALENTAMIENTO POR INMERSIÓN CON SOPORTE ESTRUCTURAL Campo de la invención Esta invención es concerniente con los elementos de calentamiento por resistencia eléctrica y más en particular con elementos de calentamiento por resistencia a base de polímeros para calentar gases y líquidos.

Antecedentes de la invención Los elementos de calentamiento por resistencia eléctrica, utilizados en relación con los calentadores de agua, se han fabricado tradicionalmente de componentes de metal y cerámica. Una construcción típica incluye un par de agujas terminales soldadas a los extremos de una bobina de níquel-cromo, la cual es luego dispuesta axialmente a través de una envolvente de metal tubular en forma de U. La bobina de resistencia es aislada de la envolvente de metal mediante un material de cerámica en polvo, usualmente óxido de magnesio. En tanto que tales elementos de calentamiento convencionales han sido la pieza de trabajo para la industria de los calentadores de agua durante muchas décadas han habido una diversidad de deficiencias ampliamente reconocidas. Por ejemplo, las corrientes galvánicas que se presentan entre la envolvente de metal y cualquier superficie de metal expuesta en el tanque puede crear corrosión de los varios componentes REF.: 29767 de metal anódicos del sistema. La envolvente de metal del elemento de calentamiento, que es normalmente de cobre o aleación de cobre, también atrae depósitos de cal del agua, lo que puede conducir a fallas prematuras del elemento de calentamiento. Adicionalmente, el uso de accesorios de latón y tubería de cobre se ha vuelto cada vez más costoso a medida que el precio del cobre se ha incrementado con el paso de los años. Como alternativa a los elementos de metal, por lo menos un elemento de calentamiento eléctrico de envolvente de plástico se ha propuesto por Cunningham, patente norteamericana No. 3,943,328. En el dispositivo descrito, un alambre de resistencia convencional y óxido de magnesio en polvo se utilizan en conjunción con una envolvente de plástico. Puesto que esta envolvente de plástico es no conductora, no hay ninguna celda galvánica creada con las otras partes de metal de la unidad de calentamiento en contacto con el agua en el tanque y tampoco hay acumulación de cal. Desafortunadamente, por varias razones, estos elementos de calentamiento de envolvente de plástico de la técnica previa no tuvieron la capacidad de obtener altas potencias nominales durante una vida de servicio útil normal y concurrentemente no fueron ampliamente aceptados.

Breve descripción de la invención Esta invención proporciona elementos de calentamiento por resistencia eléctrica que tienen la capacidad de ser dispuestos a través de una pared de un tanque, tal como un tanque de almacenamiento de calentador de agua, para uso en relación con el calentamiento de un medio fluido. El elemento incluye un bastidor de soporte estructural que tiene una primera superficie de soporte sobre el mismo. Enrollado o devanado sobre esta superficie de soporte se encuentra un alambre de resistencia que es capaz de proporcionar calentamiento por resistencia al fluido. El alambre de resistencia es encapsulado herméticamente y aislado eléctricamente dentro de un recubrimiento polimérico térmicamente conductor. Esta invención facilita enormemente las operaciones de moldeo al proporcionar una estructura de armazón delgada para sostener el alambre de calentamiento por resistencia. Esta estructura incluye una diversidad de aberturas u orificios para permitir un mejor flujo del material polimérico fundido. El soporte abierto proporciona secciones transversales más grandes del molde que son más fáciles de llenar. Durante el moldeo por inyección, por ejemplo, el polímero fundido puede ser dirigido casi por completo alrededor del alambre de calentamiento por resistencia para reducir enormemente la incidencia de burbujas a lo largo de la interfase del bastidor de soporte estructural y el recubrimiento polimérico moldeado. Se ha sabido que tales burbujas provocan puntos calientes durante la operación del elemento en agua. Adicionalmente, los bastidores de soporte estructural delgados de esta invención reducen el potencial de deslaminación de los componentes moldeados y la separación del alambre de calentamiento por resistencia del recubrimiento polimérico. Los métodos proporcionados por esta invención mejoran enormemente la cobertura y ayudan a minimizar las aberturas u orificios del molde al requerir presiones más bajas. En una modalidad adicional de esta invención, se provee un método de fabricación de un elemento de calentamiento por resistencia eléctrica. Este método de fabricación incluye la provisión de un bastidor de soporte estructural que tiene una superficie de soporte y un devanado de alambre de calentamiento por resistencia sobre la superficie de soporte. Finalmente, un polímero térmicamente conductor es moldeado sobre el alambre de calentamiento por resistencia para aislar eléctricamente y encapsular herméticamente el alambre. Este método se puede hacer variar para incluir el moldeo por inyección del bastidor de soporte y el polímero térmicamente conductor y una resina común puede ser usada para ambos de estos componentes para proporcionar una conductividad térmica más uniforme al elemento resultante.

Breve descripción de los dibujos Los dibujos adjuntos ilustran modalidades preferidas de la invención, también como otra información pertinente a la descripción, en las cuales: La figura 1 es una vista en perspectiva de un calentador de fluidos polimérico preferido de esta invención; La figura 2 es una vista en planta del lado izquierdo del calentador de fluidos polimérico de la figura 1; La figura 3 es una vista en planta frontal, que incluye vistas en sección transversal parcial y vistas en corte del calentador de fluidos polimérico de la figura 1; La figura 4 es una vista en sección transversal, frontal, plana de una porción interna del molde preferida del calentador de fluidos polimérico de la figura 1; La figura 5 es una vista en sección transversal parcial frontal, plana, de un montaje de terminación preferido para el calentador de fluidos polimérico de la figura 1; La figura 6 es una vista en planta frontal parcial ampliada del extremo de una bobina preferida para un calentador de fluidos polimérico de esta invención; y La figura 7 es una vista en planta frontal parcial ampliada de una modalidad de doble bobina para un calentador de fluidos polimérico de esta invención; La figura 8 es una vista en perspectiva frontal de un bastidor de soporte estructural preferido del elemento de calentamiento de esta invención; La figura 9 es una vista parcial ampliada del bastidor de soporte estructural preferido de la figura 8, que ilustra un recubrimiento polimérico térmicamente conductor depositado; La figura 10 es una vista en sección transversal ampliada de un bastidor de soporte estructural alternativo; La figura 11 es una vista en planta lateral del bastidor de soporte estructural de la figura 10; y La figura 12 es una vista en planta frontal del bastidor de soporte estructural completo de la figura 10.

Descripción detallada de la invención Esta invención proporciona elementos de calentamiento por resistencia eléctrica y calentadores de agua que contienen estos elementos. Estos dispositivos son útiles para minimizar la corrosión galvánica en los calentadores de agua y aceite, también como la acumulación de cal y problemas de la vida disminuida del elemento. Como se utilizan en la presente, los términos "fluido" y "medio fluido" se aplican tanto a líquidos como a gases. Con referencia a los dibujos y en particular con referencia a las figuras 1-3 de los mismos, se muestra un calentador 100 de fluidos polimérico preferido de esta invención. El calentador 100 de fluidos polimérico contiene un material de calentamiento por resistencia, eléctricamente conductor. Este material de calentamiento por resistencia puede estar en forma de un alambre, malla, listón o cinta, o en forma de serpentín, por ejemplo. En el calentador 100 preferido, una bobina 14 que tiene un par de extremos libres unidos a un par de porciones de extremo terminal 12 y 16 se proporcionan para generar calentamiento por resistencia. La bobina 14 está aislada hermética y eléctricamente del fluido con una capa integral de un material polimérico resistente a las altas temperaturas. En otras palabras, el material de calentamiento por resistencia activo está protegido del corto circuito en el fluido mediante el recubrimiento polimérico. El material de resistencia de esta invención es de un área superficial, longitud o espesor de sección transversal suficientes para calentar el agua a una temperatura de por lo menos aproximadamente 49°C (120°F) sin fundir la capa polimérica. Como será evidente de la discusión a continuación, esto se puede llevar a cabo por medio de la selección cuidadosa de los materiales apropiados y sus dimensiones. Con referencia a la figura 3 en particular, el calentador 100 de fluidos polimérico preferido comprende en general tres partes integrales: un montaje 200 de terminación, mostrado en la figura 5, un molde interno 300, mostrado en la figura 4 y un recubrimiento polimérico 30. Cada uno de estos subcomponentes y su montaje final al calentador 100 de fluidos polimérico serán ahora explicados adicionalmente. El molde 300 interno preferido, mostrado en la figura 4, es un componente moldeado por inyección de una sola pieza fabricado a partir de un polímero resistentes a alta temperatura. El molde interno 300 incluye de manera deseable un reborde 32 en su extremo externo. Adyacente al reborde 32 se encuentra una porción de collarín que tiene una pluralidad de roscas 22. Las roscas 22 están diseñadas para ajustarse en el diámetro interno de una abertura u orificio de montaje a través de la pared lateral de un tanque de almacenamiento, por ejemplo, en un tanque 13 de calentador de agua. Una junta tórica (no mostrada) puede ser empleada sobre la superficie interna del reborde 32 para proporcionar un sello hermético al agua más seguro. El molde 300 interno preferido también incluye una cavidad 39 para termistor localizada dentro de su sección transversal circular preferida. La cavidad 39 del termistor puede incluir una pared 33 del extremo para separar el termistor 25 del fluido. La cavidad 39 del termistor es de preferencia abierta a través del reborde 32 para proporcionar una fácil inserción del montaje 200 de terminación. El molde 300 interno preferido también contiene por lo menos un par de cavidades 31 y 35 para conductores localizadas entre la cavidad para el termistor y la pared externa del molde interno para recibir la barra conductora 18 y el conductor terminal 20 del montaje 200 de terminación. El molde interno 300 contiene una serie de hendiduras 38 de alineación radial dispuestas alrededor de su circunferencia externa. Estas hendiduras pueden ser roscas o acanaladuras no unidas, etc., y deben estar espaciadas suficientemente para proporcionar un asiento para separar eléctricamente las hélices de la bobina 14 preferida. El molde 300 interno preferido puede ser fabricado mediante el uso procesos de moldeo por inyección. La cavidad 11 de flujo pasante es producida de preferencia al utilizar una tensión central activada hidráulicamente de 31.7 cm (12.5 pulgadas) , para crear mediante esto un elemento que es de aproximadamente 33.02-45.72 cm (13-18 pulgadas) de longitud. El molde interno 300 puede ser llenado en un molde de metal al utilizar una compuerta anular colocada opuesta al reborde 32. El espesor de pared objetivo para la porción 10 del elemento activo es de manera deseable menor de 1.27 cm (0.5 pulgadas) y de preferencia menor de 0.254 cm (0.1 pulgadas), con un rango objetivo de aproximadamente 0.1016 cm - 0.1524 cm (0.04 -0.06 pulgadas) , que se cree que es el límite inferior actual para el equipo de moldeo por inyección. Un par de aros o agujas 45 y 55 son también moldeados junto con la porción 10 desarrollada del elemento activo, entre roscas o hendiduras consecutivas para proporcionar un punto de terminación o aseguramiento para las hélices de una o más bobinas. Tensiones centrales laterales y una tracción central del extremo a través de la porción del reborde pueden ser utilizadas para proporcionar la cavidad 39 del termistor, la cavidad 11 de flujo pasante, las cavidades 31 y 35 del conductor y orificios o aberturas 57 de flujo pasante durante el moldeo por inyección. Con referencia a la figura 5, el montaje 200 de terminación preferido será ahora discutido. El montaje 200 de terminación comprende una tapa 28 del extremo, polimérica, diseñada para aceptar un par de conexiones terminales 23 y 24. Como se muestra en la figura 2, las conexiones terminales 23 y 24 pueden contener agujeros roscados 34 y 36 para aceptar un conectador roscado, tal como un tornillo, para el montaje de alambres eléctricos externos. Las conexiones terminales 23 y 24 son las porciones del extremo del conductor terminal 20 y la barra 21 conductora del termistor. La barra 21 conductora del termistor conecta eléctricamente la conexión terminal 24 con la terminal 27 del termistor. La otra terminal 29 del termistor es conectada a la barra 18 conductora del termistor que está diseñada para ajustarse dentro de la cavidad 34 del conductor a lo largo de la porción inferior de la figura 4. Para completar el circuito se proporciona un termistor 25. Opcionalmente, el termistor 25 puede ser reemplazado con un termostato, un TCO de estado sólido o simplemente una banda de conexión a tierra que es conectada a un interruptor automático de circuitos externo o los semejantes. Se cree que la banda de conexión a tierra (no mostrada) podría estar localizada próxima a una de las porciones del extremo terminal 16 ó 12 para entrar en corto circuito durante la fusión del polímero. En el entorno preferido, el termistor 25 es un termostato/ter oprotector de acción a muelle el cual es el modelo serie W vendido por Portage Electric. Este termoprotector tiene dimensiones compactas y es apropiado para cargas de VAC de 120/240. Comprende una construcción bimetálica conductora con una caja eléctricamente activa. La tapa 28 del extremo es de preferencia una parte polimérica moldeada separada. Después que el montaje de terminación 200 y el molde interno 300 son fabricados, son de preferencia montados conjuntamente antes del devanado de la bobina 14 descrita sobre las hendiduras o acanaladuras 38 de alineación de la porción 10 del elemento activo. Al hacer esto, se debe tener cuidado de proporcionar un circuito completo, con las porciones del extremo 12 y 16 terminales de la bobina. Esto puede ser asegurado mediante soldadura, soldadura con aleaciones de estaño y plomo o soldadura por puntos de las porciones 12 y 16 del extremo terminal de la bobina al conductor terminal 20 y la barra 18 conductora del termistor. También es importante colocar apropiadamente la bobina 14 sobre el molde interno 300 antes de la aplicación de recubrimiento polimérico 30. En la modalidad preferida, el recubrimiento polimérico 30 es sobreextruido para formar una unión polimérica termoplástica con el molde interno 300. De manera semejante al molde interno 300, se pueden introducir tensiones centrales al molde durante el proceso de moldeo para mantener abiertas las aberturas u orificios 57 de flujo pasante y la cavidad 11 del flujo pasante. Con respecto a las figuras 6 y 7, se muestran modalidades de un solo alambre de resistencia y de doble alambre de resistencia para los elementos de calentamiento por resistencia eléctrica poliméricos de esta invención. En la modalidad de un solo alambre mostrada en la figura 6, las hendiduras 38 de alineación del molde interno 300 se utilizan para envolver un primer par de alambres que tienen hélices 42 y 43 en una forma helicoidal. Puesto que la modalidad preferida incluye un alambre de resistencia plegado, la porción del extremo del pliegue o término 44 de hélice es coronado mediante el plegado del mismo alrededor del perno o aguja 45. El perno o aguja 45 idealmente es parte de y es moldeada por inyección junto con el molde interno 300. Similarmente, se puede proporcionar una configuración de doble alambre de resistencia. En esta modalidad, el primer par de hélices 42 y 43 del primer alambre de resistencia están separados del siguiente par consecutivo de hélices 46 y 47 en el mismo alambre de resistencia por un término o extremo 54 de hélice de bobina secundaria envuelta alrededor de un segundo perno o aguja 55. Un segundo par de hélices 52 y 53 de un segundo alambre de resistencia, que están conectadas eléctricamente al término o extremo 54 de hélice de bobina secundaria son luego enrolladas alrededor del molde interno 300 próximas a las hélices 46 y 47 en el siguiente par adjunto de hendiduras de alineación. Aunque el montaje de doble bobina muestra pares alternantes de hélices para cada alambre, se comprenderá que las hélices pueden ser enrolladas en grupos de dos o más hélices para cada alambre de resistencia o en números y formas irregulares de devanado como se desee, en tanto que sus bobinas conductoras permanezcan aisladas entre sí mediante el molde interno o algún otro material aislante, tales como recubrimiento plásticos separados, etc. Las partes de plástico de esta invención incluyen de preferencia un polímero de "alta temperatura" (o resistente a las altas temperaturas) el cual no se deformará o fundirá significativamente a las temperaturas del medio de fluido de aproximadamente 39-82°C (120-180°F) . Los polímeros termo-plásticos que tienen una temperatura de fusión mayor de 93°C (200°F) son más deseables, aunque ciertas cerámicas y polímeros termofraguables podrían también ser útiles para este propósito. El material termoplástico preferido puede incluir: fluorocarburos, poliaril-sulfonas, poliimidas, polieter-etercetonas, polifenilensulfuros, polietersulfonas y mezclas y copolímeros de estos termoplásticos. Los polímeros termofraguables los cuales serían aceptables para tales aplicaciones incluyen ciertos epoxis, fenólicos y siliconas. Polímeros de cristal líquido pueden también ser empleados para mejorar el procesamiento químico a alta temperatura. En la modalidad preferida de esta invención, el sulfuro de polifenileno ("PPS") es más deseable debido a su servicio a temperaturas elevadas, bajo costo y procesabilidad más fácil, especialmente durante el moldeo por inyección. Los polímeros de esta invención pueden contener hasta aproximadamente 5-40% en peso de refuerzo de fibra, tales como grafito, vidrio o fibra de poliamida. Estos polímeros pueden ser mezclados con varios aditivos para mejorar la conductividad térmica y propiedades de liberación del molde. La conductividad térmica puede ser mejorada con la adición de carbono, grafito y polvo u hojuelas de metal. Es importante, sin embargo, que tales aditivos no sean usados en exceso, puesto que una sobreabundancia de cualquier material conductor puede deteriorar los efectos de aislamiento y resistencia a la corrosión de los recubrimientos poliméricos preferidos. Cualquiera de los elementos poliméricos de esta invención pueden ser fabricados con cualquier combinación de estos materiales o polímeros selectivos de estos polímeros pueden ser usados con o sin aditivos para varias partes de esta invención, dependiendo del uso final para el elemento. El material de resistencia usado para conducir corriente eléctrica y generar calor en los calentadores de fluido de esta invención contienen de preferencia un metal de resistencia que es eléctricamente conductor y resistente térmicamente. Un metal popular es una aleación de Ni-Cr (níquel-cromo) , aunque ciertas aleaciones de cobre, acero y acero inoxidable podrían ser apropiadas. Se contempla además que polímeros conductores, que contienen grafito, carbono o polvos o fibras de metal, por ejemplo, usados como un sustituto para el material de resistencia metálico, en tanto que sean capaces de generar suficiente calentamiento por resistencia para calentar fluidos, tales como agua. Los conductores eléctricos restantes del calentador 100 de fluidos polimérico preferido, pueden también ser fabricados al utilizar estos materiales conductores. Como una alternativa al molde interno preferido 300 de esta invención, se ha demostrado que un bastidor 70 de soporte estructural, mostrado en las figuras 8 y 9 proporciona beneficios adicionales. Cuando un molde interno sólido 300, tal como un tubo, era empleado en operaciones de moldeo por inyección, se presentaba algunas veces un llenado no apropiado del molde, debido a los diseños de calentador que requieren espesores de pared delgada de espesor tanto como de 0.0635 cm (0.025 pulgadas) y longitudes excepcionales de hasta 35.56 cm (14 pulgadas) . El polímero térmicamente conductor, también presentaba un problema puesto que incluía de manera deseable aditivos, tales como fibra de vidrio y polvo de cerámica, óxido de aluminio (A1203) y óxido de magnesio (MgO) , que provocaban que el polímero fundido fuera extremadamente viscoso. Como resultado, cantidades excesivas de presión, eran requeridas para llenar apropiadamente el molde y en algunas veces, tal presión provocaba que el molde se abriera. Con el fin de minimizar la incidencia de tales problemas, esta invención contempla el uso de un bastidor 70 de soporte estructural que tiene una pluralidad de aberturas u orificios y una superficie de soporte para retener el alambre 66 de calentamiento por resistencia. En una modalidad preferida, el bastidor 70 de soporte estructural incluye un elemento tubular que tiene aproximadamente 6-8 cuñas 69 longitudinales espaciadas que corren por toda la longitud del bastidor 70. Las cuñas 69 son mantenidas conjuntamente mediante una serie de soportes anulares 60 espaciados longitudinalmente sobre la longitud del elemento semejante a tubo. Estos soportes anulares 60 son de preferencia menores de aproximadamente 0.0635 cm (0.05 pulgadas) de espesor y más de preferencia de aproximadamente 0.0635 - 0.0762 cm (0.025 -0.030 pulgadas) de espesor. Las cuñas 69 son de preferencia de aproximadamente 0.3175 cm (0.125 pulgadas) de ancho en lo alto y de manera deseable son ahusadas a una aleta 62 de transferencia de calor puntiaguda. Estas aletas 62 se deben extender por lo menos aproximadamente 0.3175 cm (0.125 pulgadas) más allá del diámetro interno del elemento final después que el recubrimiento polimérico 64 ha sido aplicado y tanto como 0.635 cm (0.250 pulgadas) para efectuar una máxima conducción de calor a los fluidos tales como el agua. La superficie radial externa de las cuñas 69 incluye de preferencia hendiduras las cuales pueden acomodar una alineación helicoidal doble del alambre 66 de calentamiento por resistencia preferido. Aunque esta invención describe que las aletas 62 de transferencia de calor son parte del bastidor 70 de soporte estructural, tales aletas 62 pueden ser formadas como parte de los soportes anulares 60 o el recubrimiento 64 polimérico moldeado o de una pluralidad de estas superficies. Similarmente, las aletas 62 de transferencia de calor pueden ser provistas sobre el exterior de las cuñas 60 para perforar más allá del recubrimiento polimérico 64. Adicionalmente, esta invención contempla la provisión de una pluralidad de protuberancias o depresiones irregulares o formadas geométricamente a lo largo de la superficie interna o externa de los elementos de calentamiento provistos. Se sabe que tales superficies de transferencia de calor facilitan la eliminación de calor de las superficies a los líquidos. Se pueden proporcionar en una diversidad de maneras, en las que se incluyen el moldeo por inyección de los mismos a la superficie de recubrimiento polimérico 64 o aletas 62, grabado, aspersión con chorro de arena o laboreo mecánico de las superficies exteriores de los elementos de calentamiento de esta invención. En una modalidad preferida de esta invención, el bastidor 70 de soporte estructural incluye una resina termoplástica, que puede ser de los polímeros de "alta temperatura" descritos en la presente, tales como sulfuro de polifenileno ("PPS"), con una pequeña cantidad de fibras de vidrio para el soporte estructural y opcionalmente polvo de cerámica, tales como Al203 o MgO, para mejorar la conductividad térmica. Alternativamente, el bastidor de soporte estructural puede ser un elemento de cerámica fundido, que incluye uno o más de silicato de alúmina, A1203, MgO, grafito, Zr02, Si3N4, Y203, SiC, Si02, etc., o un polímero termoplástico o termofraguable que es diferente de los polímeros de "alta temperatura" sugeridos a ser usados con el recubrimiento 30. Si se utiliza un termoplástico para el bastidor 70 de soporte estructural, debe tener una temperatura de deformación térmica mayor que la temperatura del polímero fundido, utilizado para moldear el recubrimiento 30. El bastidor 70 de soporte estructural es colocado en una máquina devanadora de alambre y el alambre 66 de calentamiento por resistencia preferido es plegado y enrollado o devanado en una configuración helicoidal doble alrededor del soporte 70 del soporte estructural en la superficie de soporte preferida, por ejemplo, hendiduras espaciadas 68. El bastidor 70 de soporte estructural plenamente devanado es después de esto colocado en el molde de inyección y luego moldeado con una o más de las fórmulas de resina polimérica preferidas de esta invención. En una modalidad preferida, solamente una pequeña porción de la aleta 62 de transferencia de calor permanece expuesta al fluido de contacto, el resto del bastidor 70 de soporte estructural es cubierto con la resina moldeada sobre el interior y exterior, si es de forma tubular. Esta porción expuesta es de preferencia menor de aproximadamente 10 por ciento del área superficial del bastidor 70 de soporte estructural. Las áreas de sección transversal abiertas, que constituyen la pluralidad de aberturas u orificios del bastidor 70 de soporte estructural, permiten un llenado más fácil y mayor cobertura del alambre 66 de calentamiento por resistencia mediante la resina moldeada, en tanto que se minimiza la incidencia de burbujas y puntos calientes. En modalidades preferidas, las áreas abiertas deben comprender por lo menos aproximadamente el 10 por ciento y de manera deseable más del 20 por ciento de toda el área superficial tubular del bastidor 70 de soporte estructural, de tal manera que el polímero fundido pueda fluir más fácilmente alrededor del bastidor 70 de soporte y el alambre 66 de calentamiento por resistencia. Un bastidor 200 de soporte estructural alternativo es ilustrado en las figuras 10-12. El bastidor 200 de soporte estructural alternativo también incluye una pluralidad de cuñas longitudinales 268 que tienen hendiduras espaciadas 260 para acomodar un alambre de calentamiento por resistencia envuelto (no mostrado) . Las cuñas longitudinales 268 son de preferencia, retenidas conjuntamente con soportes anulares espaciados 266. Los soportes anulares espaciados 266 incluyen un diseño de "rueda de vagón" que tiene una pluralidad de rayos 264 y un cubo o centro 262. Esto proporciona un soporte estructural incrementado con respecto al bastidor 70 de soporte estructural, en tanto que no interfiere sustancialmente con las operaciones de moldeo por inyección preferidas. Alternativamente, los recubrimientos poliméricos de esta invención pueden ser aplicados mediante inmersión de los bastidores de soporte estructurales descritos 70 o 200, por ejemplo, en un lecho fluidizado de polímero en pastillas o granulos o en polvo, tal como PPS. En tal proceso, el alambre de resistencia debe ser enrollado o devanado sobre la superficie de soporte estructural y energizado para crear calor. Si se emplea PPS, una temperatura de por lo menos aproximadamente 260°C (500°F) debe ser generada antes de la inmersión del bastidor de soporte estructural al lecho fluidizado de polímero en granulos o pastillas. El lecho fluidizado permitirá el contacto íntimo entre el polímero en pastillas y el alambre de resistencia calentado para proporcionar de manera sustancialmente uniforme un recubrimiento polimérico completamente alrededor del alambre de calentamiento por resistencia y sustancialmente alrededor del bastidor de soporte estructural. El elemento resultante puede incluir una estructura relativamente sólida o puede tener un número sustancial de áreas de sección transversal abiertas, aunque se supone que el alambre de calentamiento por resistencia debe estar aislado herméticamente del contacto con el fluido. Se comprenderá además que el bastidor de soporte estructural y el alambre de calentamiento por resistencia pueden ser precalentados, en lugar de energizar el alambre de calentamiento por resistencia para generar calor suficiente para fundir las pastillas poliméricas sobre su superficie. Este proceso también puede incluir el calentamiento del lecho post-fluidizado para proporcionar un recubrimiento más uniforme. Otras modificaciones al proceso estarán en el alcance de la tecnología actual de los polímeros. La clasificación estándar de los calentadores de fluidos poliméricos preferidos de esta invención utilizados en el calentamiento de agua es de 240 V y 4500 W, aunque la longitud y diámetro de alambre de las bobinas conductoras 14 se pueden hacer variar para proporcionar múltiples clasificaciones de 1000 W a aproximadamente 6000 W y de preferencia entre aproximadamente 1700 W y 4500 W. Para el calentamiento de gas se pueden usar menores potencias de aproximadamente 100-1200 W. Se pueden proporcionar capacidades de potencia doble y aún triple mediante el empleo de múltiples bobinas o materiales de resistencia que terminan en diferentes porciones a lo largo de la porción 10 del elemento activo. A partir de lo anterior se notará que esta invención proporciona elementos de calentamiento de fluidos mejorados para uso en todos los tipos de dispositivos de calentamiento de fluidos, en los que se incluyen calentadores de agua y calentadores de aceite. Los dispositivos preferidos de esta invención son más frecuentemente poliméricos, para minimizar los gastos y para reducir sustancialmente la acción galvánica en los tanques de almacenamiento del fluido. En ciertas modalidades de esta invención los calentadores de fluidos poliméricos pueden ser usados en conjunción con un tanque de almacenamiento polimérico para evitar por completo la creación de corrosión relacionada con los iones metálicos. Alternativamente, estos calentadores de fluidos, poliméricos, pueden ser diseñados para ser usados separadamente como su recipiente de almacenamiento propio para almacenar y calentar los gases o el fluido simultáneamente. En tal modalidad la cavidad 11 de flujo pasante podría ser moldeada en forma de un tanque o recipiente de almacenamiento y la bobina 14 de almacenamiento podría estar contenida dentro de la pared. del tanque o recipiente y energizado para calentar un fluido o gas en el tanque o recipiente. Los dispositivos de calentamiento de esta invención podrían también ser utilizados en calentadores de alimentos, calentadores de rizadores, secadoras manuales o para el cabello, pinzas rizadoras, planchas para ropas y calentadores recreacionales utilizados en balnearios de aguas minerales o albercas. Esta invención es también aplicable a calentadores de flujo pasante en los cuales un medio fluido se hace pasar a través de un tubo polimérico que contiene un o más de los devanados o materiales de resistencia de esta invención. A medida que el medio fluido pasa a través del diámetro interno de tal tubo, se genera calor por resistencia a través de la pared polimérica del diámetro interno del tubo para calentar el gas o líquido. Los calentadores de flujo pasante son útiles en secadoras manuales y en calentadores "sobre demanda" usados para calentar agua. Aunque varias modalidades se han ilustrado, es para el propósito de describir y no de limitar la invención. Varias modificaciones se harán evidentes para aquellos experimentados en la técnica o dentro del alcance de esta y las reivindicaciones adjuntas. Se hace constar que, con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el convencional para la manufactura de los objetos a que la misma se refiere.

Claims (21)

1. Reivindicaciones Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama COBO propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones: 1. Un elemento de calentamiento por resistencia eléctrica, capaz de ser dispuesto a través de una" pared de un tanque para uso en conexión con el calentamiento de un medio fluido, caracterizado porque comprende: (a) un primer extremo rebordeado; (b) un bastidor de soporte estructural que tiene una pluralidad de aberturas u orificios a través del mismo y una primera superficie de soporte sobre el mismo; (c) un alambre de resistencia enrollado o devanado sobre la primera superficie de soporte y conectado a por lo menos un par de porciones del extremo terminales en el primer extremo rebordeado del elemento; y (d) un recubrimiento polimérico térmicamente conductor dispuesto sobre el alambre de resistencia para encapsular herméticamente y aislar eléctricamente el alambre de resistencia del fluido.
2. 2. El elemento de calentamiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el bastidor de soporte estructural comprende además una pluralidad de cuñas longitudinales .
3. 3. El elemento de calentamiento de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque las cuñas longitudinales comprenden una pluralidad de hendiduras para soportar el alambre de resistencia.
4. 4. El elemento de calentamiento de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque comprende además una pluralidad de soportes anulares que unen las cuñas longitudinales .
5. 5. El elemento de calentamiento de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el bastidor de soporte estructural comprende además aletas de transferencia de calor dispuestas para extenderse a un medio fluido.
6. 6. El elemento de calentamiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el bastidor de soporte estructural comprende una forma en general tubular en donde las aberturas u orificios representan por lo menos aproximadamente el 10 por ciento de toda el área superficial de la forma tubular para facilitar el moldeo del recubrimiento polimérico térmicamente conductor sobre el alambre de resistencia.
7. 7. El elemento de calentamiento de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el bastidor de soporte estructural comprende una pluralidad de cuñas longitudinales que tienen una serie de hendiduras espaciadas para recibir el alambre de resistencia.
8. 8. El elemento de calentamiento de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el bastidor de soporte estructural y el recubrimiento polimérico térmicamente conductor comprenden una resina termoplástica común.
9. 9. Un bastidor de soporte estructural polimérico para soportar un alambre de resistencia de un elemento de calentamiento por resistencia eléctrica, caracterizado porque comprende : una pluralidad de cuñas longitudinales que incluyen hendiduras espaciadas a lo largo de sus longitudes, una pluralidad de aletas de transferencia de calor que se extienden desde las cuñas, las cuñas son conectadas integralmente mediante una pluralidad de soportes anulares espaciados longitudinalmente.
10. 10. Un calentador de agua, caracterizado porque comprende : (a) un tanque para contener agua; (b) un elemento de calentamiento unido a una pared del tanque para proporcionar calentamiento por resistencia eléctrica a una porción del agua en el tanque, el elemento de calentamiento comprende; (c) un bastidor de soporte estructural que tiene una pluralidad de aberturas a través del mismo y una primera superficie de soporte sobre el mismo; (d) un alambre de resistencia enrollado sobre la primera superficie de soporte y que se une a por lo menos un par de las porciones del extremo terminales; y (e) un recubrimiento polimérico térmicamente conductor dispuesto sobre el alambre de resistencia y una gran parte o porción del bastidor de soporte estructural, para encapsular herméticamente y aislar eléctricamente el alambre de resistencia del fluido.
11. 11. El calentador de agua de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el bastidor de soporte estructural comprende una pluralidad de cuñas longitudinales unidas integralmente mediante soportes anulares para proporcionar una serie de aberturas de la pared lateral para facilitar el moldeo del recubrimiento polimérico térmicamente conductor sobre el alambre de resistencia.
12. 12. Un método de fabricación de un elemento de resistencia eléctrica para calentar un fluido, caracterizado porque comprende: (a) proveer un bastidor de soporte estructural que tiene una pluralidad de aberturas u orificios a través del mismo y una superficie de soporte sobre el mismo; (b) devanar un alambre de calentamiento por resistencia sobre la superficie de soporte; (c) moldear un polímero térmicamente conductor sobre el alambre de calentamiento por resistencia y una gran parte o porción principal del bastidor de soporte estructural para aislar eléctricamente y encapsular herméticamente el alambre del fluido.
13. 13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el bastidor de soporte estructural comprende una pluralidad de cuñas longitudinales.
14. 14. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque las cuñas longitudinales comprenden hendiduras espaciadas para sostener el alambre de calentamiento por resistencia.
15. 15. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el bastidor de soporte estructural y el polímero térmicamente conductor comprenden una resina termoplástica común.
16. 16. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la etapa de provisión del bastidor de soporte estructural (a) comprende el moldeo por inyección del bastidor de soporte estructural y la etapa de moldeo (c) comprende el moldeo por inyección del polímero térmicamente conductor para encapsular el alambre de calentamiento por resistencia y por lo menos aproximadamente 90 por ciento del bastidor de soporte estructural.
17. 17. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el 10 por ciento restante del bastidor de soporte estructural comprende una pluralidad de aletas de transferencia de calor.
18. 18. Un elemento de calentamiento por resistencia eléctrica, capaz de ser dispuesto a través de una pared de un tanque para uso en relación con el calentamiento de un medio de fluido caracterizado porque comprende: (a) un bastidor de soporte estructural, polimérico, que tiene una pluralidad de cuñas longitudinales unidas mediante una serie de soportes anulares espaciados, las cuñas longitudinales comprenden hendiduras espaciadas; (b) un alambre de calentamiento por resistencia que tiene un par de extremos libres unidos a un par de porciones del extremo terminales, el alambre de calentamiento por resistencia es enrollado sobre y sostenido mediante las hendiduras espaciadas; y (c) un recubrimiento polimérico que contiene un aditivo para mejorar la conductividad térmica del recubrimiento dispuesto sobre el alambre de resistencia y por lo menos el 90 por ciento del soporte estructural, para encapsular herméticamente y aislar eléctricamente el alambre de resistencia del fluido, mediante lo cual el bastidor de soporte estructural proporciona una pluralidad de aberturas u orificios para facilitar el moldeo del recubrimiento polimérico.
19. 19. El elemento de calentamiento de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el bastidor de soporte estructural comprende una forma en general tubular.
20. 20. El elemento de calentamiento de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque comprende además aletas de transferencia de calor dispuestas sobre una superficie interna de la forma tubular.
21. 21. Un elemento de calentamiento por resistencia eléctrica, capaz de ser dispuesto a través de una pared de un tanque para uso en relación con el calentamiento de un medio de fluido, caracterizado porque comprende: (a) un bastidor de soporte estructural polimérico, tubular, que tiene una primera superficie de soporte sobre el mismo; (b) un alambre de resistencia enrollado o devanado sobre la primera superficie de soporte y conectado a por lo menos un par de porciones del extremo terminal; (c) un recubrimiento polimérico térmicamente conductor dispuesto sobre el alambre de resistencia y una porción significativa del bastidor de soporte para encapsular herméticamente y aislar eléctricamente el alambre de resistencia del fluido; y (d) una pluralidad de aletas de transferencia de calor dispuestas para extenderse desde la superficie del elemento de calentamiento para proporcionar un calentamiento más eficiente del fluido.