HORNO DE AIRE CALIENTE.

1. Horno de aire caliente provisto de un intercambiador de calor de tubos de flujo cruzado que comprende al menos dos filas (734,

834) de una pluralidad de tubos de intercambiador de calor (333, 433, 533, 633, 733, 833), el intercambiador de calor está dispuesto dentro de una cámara de calentamiento (5) en la que el aire de cocción que debe calentarse fluye más allá del intercambiador de calor caliente, los gases de escape calientes para calentar el aire de cocción son generados por un quemador, los gases de escape pasan a través de un sistema de conductos estancos a gases, incluyendo dichos tubos de intercambiador de calor, que conducen desde el quemador a una chimenea, y que los tubos de intercambiador de calor en cada fila están dispuestos en un plano esencialmente horizontal, y que los tubos de intercambiador de calor en una fila están en una relación predeterminada en relación con los tubos de intercambiador de calor en una fila adyacente, caracterizado porque cada tubo de intercambiador de calor comprende un tubo alargado (333) con una pared de tubo (361), estando el interior del tubo alargado provisto de al menos una pared interior (363', 363'') que se extiende longitudinalmente, que se extiende desde un lado de la superficie interior del tubo alargado hacia otro lado de la superficie interior, en donde, durante el uso, las paredes interiores son calentadas por el gas de escape y las paredes interiores transfieren este calor por conducción a la pared de tubo de intercambio de calor.

2. Horno de aire caliente de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha relación predeterminada implica que los tubos en filas adyacentes están alineados verticalmente.

3. Horno de aire caliente de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha relación predeterminada implica que los tubos adyacentes están desplazados verticalmente.

4. Horno de aire caliente de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que dichas filas de tubos de intercambiador de calor están dispuestas en una sección intermedia del intercambiador de calor de tubos de flujo cruzado.

5. Horno de aire caliente de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que dicha al menos una pared interior se extiende desde un lado de la superficie interior y está en contacto con otro lado de la superficie interior.

6. Horno de aire caliente de acuerdo con la reivindicación 5, en el que cada una de dicha al menos una pared interior es sólida y en el que el tubo está dividido en compartimentos (365', 365'', 365''') que se extienden longitudinalmente, donde dicha al menos una pared interior (363', 363'') evita el flujo transversal entre dichos compartimentos.

7. Horno de aire caliente de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el tubo tiene una sección transversal con dos lados largos, rectos y paralelos (57', 57''), separados por una distancia D, y conectados por un par de extremos curvados convexos (59', 59'') de diámetro D de curvatura.

8. Horno de aire caliente de acuerdo con la reivindicación 7, en el que al menos una pared interior se extiende desde un lado largo al otro lado largo.

9. Horno de aire caliente de acuerdo con la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en el que al menos una pared interior se extiende desde un extremo curvado al otro extremo curvado.

10. Horno de aire caliente de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que dicho tubo está compuesto de dos piezas de lámina de metal idénticas (931, 932), plegándose cada una a partir de una lámina de metal plana alargada y combinándose a continuación para formar el tubo.

11. Horno de aire caliente de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el área de superficie interna de dichos tubos de intercambiador de calor aumenta a lo largo de la dirección longitudinal de los tubos de intercambiador de calor en la dirección del flujo de aire en dichos tubos.

12. Horno de aire caliente de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el área de superficie interna de los tubos de intercambiador de calor es menor cerca del quemador y aumenta a continuación en la dirección del flujo de aire.

13. Método para intercambiar energía térmica de un primer fluido a un segundo fluido caracterizado por el flujo del primer fluido dentro de un tubo de intercambiador de calor en un horno de aire caliente de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 y el flujo del segundo fluido fuera de dicho tubo de intercambiador de calor.

14. Método de acuerdo con la reivindicación 13, en el que el segundo fluido fluye en una dirección que es transversal a la dirección del flujo del primer fluido.

15. Método de acuerdo con la reivindicación 13, en el que el segundo fluido fluye en la dirección inversa a la dirección del flujo del primer fluido.

HORNO DE AIRE CALIENTE

Campo de la invención La presente invención se refiere a un horno de aire caliente que comprende una pluralidad de tubos de intercambiador de calor, y a métodos para usar tales tubos de intercambiador de calor.

Antecedentes de la invención El aire caliente para cocer alimentos en hornos de panadería puede producirse quemando un combustible en un quemador y transfiriendo el calor en los gases de escape a través de un intercambiador de calor de tubos de flujo cruzado al aire de cocción sin que el aire de cocción se contamine por los gases de escape. El aire de cocción calentado se transporta a la cámara de cocción del horno. Los hornos de panadería convencionales usan conductos en forma de S dispuestos dentro de una cámara de calentamiento para transportar el aire de escape caliente desde el quemador a una chimenea, con la sección inferior sustancialmente horizontal de la S conectada a la salida del quemador, conteniendo la sección intermedia sustancialmente horizontal de la S unos tubos de intercambiador de calor para calentar el aire de cocción y conectándose la sección superior sustancialmente horizontal a una chimenea. Los tubos de intercambiador de calor tienen, normalmente, la forma de tubos con una sección transversal circular o rectangular con lados cortos redondeados y están fabricados de un material con un alto coeficiente de transferencia de calor. Los gases de escape pasan a través de la parte interior (conocida como el "lado caliente") de los tubos de transferencia de calor del intercambiador de calor y se fuerza el aire de cocción a fluir alrededor de la parte exterior de los tubos (conocida como el "lado frío" del intercambiador de calor) en una dirección que es sustancialmente perpendicular al flujo dentro de los tubos. Normalmente, el aire de cocción entra en la cámara de calentamiento en la parte inferior de la cámara, donde el gas de escape está en su temperatura más baja, y circula más allá de los tubos de intercambiador de calor y el tubo de escape del quemador, donde la temperatura es más alta, antes de transportarse a la cámara de cocción de un horno. Este flujo de aire se impulsa por un ventilador. La cantidad de calor transferido de los gases de escape al aire de cocción está influenciada por el área de superficie de las superficies del intercambiador de calor en contacto con los gases de escape y el aire de cocción, el coeficiente de transferencia de calor del intercambiador de calor (que está influenciado, entre otros, por los materiales usados y sus propiedades de superficie, y el flujo de aire en, y alrededor de, el intercambiador de calor) y la diferencia de temperatura a través de las paredes del intercambiador de calor. Aunque los intercambiadores de calor convencionales son relativamente compactos y tienen una buena eficiencia, todavía ocupan mucho espacio y son un responsable importante del tamaño de un horno de panadería. Sería deseable mejorar la eficiencia de los intercambiadores de calor convencionales. Esto daría lugar a la ventaja de poder producir hornos de panadería con un tamaño más pequeño y/o menores costes de funcionamiento, ya que una mayor eficiencia daría lugar a que se necesitase menos combustible para calentar la misma cantidad de aire de cocción. Los métodos convencionales para aumentar el flujo de calor desde los gases de escape al aire de cocción en el intercambiador de calor incluyen cambiar las formas de los tubos de intercambiador de calor para aumentar el área de superficie expuesta al aire de cocción o añadir más tubos. Tales medidas pueden aumentar la eficiencia ligeramente, pero a costa de un aumento de la fricción del aire en el lado frío que requiere el uso de un ventilador más grande y el aumento de los costes de funcionamiento.

El documento GB-2424265 se refiere a tubos de intercambio de calor con aletas integrales. En los antecedentes se menciona que es de conocimiento común proporcionar un recipiente a través del que fluye el fluido calentado con un área de superficie tan grande como sea posible con el fin de maximizar la transferencia de calor. El interior del cuerpo tubular se divide habitualmente en una pluralidad de pasos longitudinales, sirviendo las paredes divisorias entre los pasos tanto para reforzar el cuerpo tubular como para aumentar el área de superficie sobre la que puede tener lugar la transmisión de calor hacia o desde el fluido que fluye a través de los pasos.

El documento US-2003/209344 se refiere a un intercambiador de calor que comprende tubos, en el que cada uno de los tubos incluye un paso, que se divide en una pluralidad de sub-pasos. Cada uno de los sub-pasos tiene una forma generalmente rectangular (se mencionan otras formas geométricas) y tiene una superficie de pared interior con aletas.

Los documentos DE-102005020727 y EP-0359358D3 también se refieren a intercambiadores de calor provistos de tubos que tienen dos o varios canales.

Sin embargo, ninguno de los antecedentes de los documentos de la técnica anterior incluye ningún tubo de intercambiador de calor adaptado específicamente para su uso en hornos de aire caliente.

Breve descripción de la invención La presente invención resuelve el problema de cómo mejorar la eficiencia de un intercambiador de calor de tubos en un horno de aire caliente sin aumentar la fricción del aire en el lado exterior de los tubos de intercambiador de calor por medio de un tubo de intercambiador de calor que tiene las características de la reivindicación 1.

Por lo tanto, la presente invención se refiere a un horno de aire caliente provisto de un intercambiador

de calor de tubos de flujo cruzado que comprende al menos dos filas de una pluralidad de tubos de intercambiador de calor. Los tubos de intercambiador de calor en cada fila están dispuestos en un plano esencialmente horizontal, y los tubos de intercambiador de calor en una fila están en una relación predeterminada en relación con los tubos de intercambiador de calor en una fila adyacente. Cada tubo de intercambiador de calor comprende un tubo alargado con una pared de tubo, y el interior del tubo alargado está provisto de al menos una pared interior que se extiende longitudinalmente, que se extiende desde un lado de la superficie interior del tubo alargado hacia otro lado de la superficie interior. Preferentemente, la relación predeterminada implica que los tubos en filas adyacentes están alineados verticalmente o que los tubos adyacentes están desplazados verticalmente.

Ventajosamente, las filas de tubos de intercambiador de calor están dispuestas en una sección intermedia del intercambiador de calor de tubos de flujo cruzado.

Las realizaciones preferidas se exponen en las reivindicaciones dependientes.

El horno de aire caliente de acuerdo con la presente invención ha demostrado mejorar la eficiencia en relación a cuando se usan intercambiadores de calor convencionales. Es posible entonces producir hornos de panadería con un tamaño más pequeño y/o menores costes de funcionamiento, ya que una mayor eficiencia da lugar a que se necesite menos combustible para calentar la misma cantidad de aire de cocción. Los hornos de panadería tienen el requisito especial de que el lado externo (donde fluye el aire de horneado) es de un tipo turbulento, con capacidades de alta transferencia térmica. Mientras que el lado interno tiene un flujo de masa de aire significativamente menor (aproximadamente un décimo) la superficie interna grande mejora la eficiencia elevando el flujo de calor. Por lo tanto, hacer la superficie más grande en el exterior no mejora la eficiencia; sino que aumenta el tamaño y los costes.

Como la diferencia de temperatura (∆Τ) entre el gas de escape y el aire de horneado disminuye, se necesita más superficie. Cuando la ∆Τ es alta, se necesita un área de superficie baja; la temperatura más alta eleva el flujo de calor en el elemento de calentamiento. Sin embargo, una ∆Τ más alta aumentará la temperatura en la superficie, lo que obligará al uso de materiales más exclusivos, tales como el acero resistente al calor. La presente invención hace posible optimizar el área de superficie interna, de manera que la temperatura en la otra superficie coincide con el intervalo óptimo para los materiales usados. En una realización de la invención, el área de superficie interna de los tubos de intercambiador de calor se reduce en localizaciones especiales. Por ejemplo, cerca del quemador para disminuir el flujo de calor y la temperatura de la superficie externa. Esta característica mejora el control de la temperatura y ajusta la temperatura en un intervalo óptimo.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 muestra esquemáticamente una vista lateral simplificada de un...

1. Horno de aire caliente provisto de un intercambiador de calor de tubos de flujo cruzado que comprende al menos dos filas (734, 834) de una pluralidad de tubos de intercambiador de calor (333, 433, 533, 633, 733, 833), el intercambiador de calor está dispuesto dentro de una cámara de calentamiento (5) en la que el aire de cocción que debe calentarse fluye más allá del intercambiador de calor caliente, los gases de escape calientes para calentar el aire de cocción son generados por un quemador, los gases de escape pasan a través de un sistema de conductos estancos a gases, incluyendo dichos tubos de intercambiador de calor, que conducen desde el quemador a una chimenea, y que los tubos de intercambiador de calor en cada fila están dispuestos en un plano esencialmente horizontal, y que los tubos de intercambiador de calor en una fila están en una relación predeterminada en relación con los tubos de intercambiador de calor en una fila adyacente, caracterizado porque cada tubo de intercambiador de calor comprende un tubo alargado (333) con una pared de tubo (361), estando el interior del tubo alargado provisto de al menos una pared interior (363', 363'') que se extiende longitudinalmente, que se extiende desde un lado de la superficie interior del tubo alargado hacia otro lado de la superficie interior, en donde, durante el uso, las paredes interiores son calentadas por el gas de escape y las paredes interiores transfieren este calor por conducción a la pared de tubo de intercambio de calor.

2. Horno de aire caliente de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha relación predeterminada implica que los tubos en filas adyacentes están alineados verticalmente.

3. Horno de aire caliente de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha relación predeterminada implica que los tubos adyacentes están desplazados verticalmente.

4. Horno de aire caliente de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que dichas filas de tubos de intercambiador de calor están dispuestas en una sección intermedia del intercambiador de calor de tubos de flujo cruzado.

5. Horno de aire caliente de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que dicha al menos una pared interior se extiende desde un lado de la superficie interior y está en contacto con otro lado de la superficie interior.

6. Horno de aire caliente de acuerdo con la reivindicación 5, en el que cada una de dicha al menos una pared interior es sólida y en el que el tubo está dividido en compartimentos (365', 365'', 365''') que se extienden longitudinalmente, donde dicha al menos una pared interior (363', 363'') evita el flujo transversal entre dichos compartimentos.

7. Horno de aire caliente de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el tubo tiene una sección transversal con dos lados largos, rectos y paralelos (57', 57''), separados por una distancia D, y conectados por un par de extremos curvados convexos (59', 59'') de diámetro D de curvatura.

8. Horno de aire caliente de acuerdo con la reivindicación 7, en el que al menos una pared interior se extiende desde un lado largo al otro lado largo.

9. Horno de aire caliente de acuerdo con la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en el que al menos una pared interior se extiende desde un extremo curvado al otro extremo curvado.

10. Horno de aire caliente de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que dicho tubo está compuesto de dos piezas de lámina de metal idénticas (931, 932), plegándose cada una a partir de una lámina de metal plana alargada y combinándose a continuación para formar el tubo.

11. Horno de aire caliente de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el área de superficie interna de dichos tubos de intercambiador de calor aumenta a lo largo de la dirección longitudinal de los tubos de intercambiador de calor en la dirección del flujo de aire en dichos tubos.

12. Horno de aire caliente de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el área de superficie interna de los tubos de intercambiador de calor es menor cerca del quemador y aumenta a continuación en la dirección del flujo de aire.

13. Método para intercambiar energía térmica de un primer fluido a un segundo fluido caracterizado por el flujo del primer fluido dentro de un tubo de intercambiador de calor en un horno de aire caliente de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 y el flujo del segundo fluido fuera de dicho tubo de intercambiador de calor.

14. Método de acuerdo con la reivindicación 13, en el que el segundo fluido fluye en una dirección que es transversal a la dirección del flujo del primer fluido.

15. Método de acuerdo con la reivindicación 13, en el que el segundo fluido fluye en la dirección inversa a la dirección del flujo del primer fluido.