Elemento modular perfeccionado para máquina de intercambio de calor.

La presente invención se refiere a un elemento (2) modular para una máquina (1) de enfriamiento o calentamiento de un producto como alimentos, siendo la máquina (1) del tipo que se describe en la solicitud de patente ES-200800796. El elemento (2) modular comprende un cuerpo (17) discoidal sólido metálico en cuyo interior se conforman unos conductos (11, 12, 13, 14) periférico, de entrada, de salida y de distribución de fluido caloportador o refrigerante, preferentemente mecanizados en el interior de dicho cuerpo discoidal. Estos conductos (11, 12, 13, 14) configuran un circuito de circulación del fluido interior que parte desde y hasta unos orificios (9, 10) de entrada y salida respectivamente situados en la parte central del elemento (2), permitiendo que el intercambio de calor con el producto se realice de forma eficiente.

Elemento modular perfeccionado para máquina de intercambio de calor.

OBJETO Y CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene por objeto proporcionar un elemento para una máquina de intercambio de calor con un producto. Esta máquina a la que se refiere la invención y en la que se implementa el elemento, es preferentemente del tipo que se describe en la solicitud de patente ES-200800796.

La máquina de intercambio de calor y por tanto el elemento objeto de invención, que forma parte de ella, encuentra aplicación para tratamiento de productos en procesos de calentamiento, enfriamiento, evaporación, cristalización y secado. Los productos a tratar incluyen preferentemente alimentos y cualquier otro producto que requiera de un tratamiento de calentamiento o enfriamiento, como por ejemplo fangos de estaciones de aguas residuales. Es especialmente apropiada para productos que tengan tendencia a formar depósitos sobre la superficie de intercambio de calor.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El tratamiento de productos en máquinas de intercambio de calor presenta el riesgo de adherencia de depósitos en la superficie de intercambio de calor. Cuando esto ocurre, es necesario proceder al vaciado y limpieza de dicha superficie, con la consiguiente pérdida de productividad de la máquina. Una solución conocida a este problema se basa en proporcionar irregularidades en la superficie de intercambio de calor, de modo que con ello se logre generar una turbulencia que provoque el desprendimiento de los depósitos. Sin embargo este tipo de soluciones se ha visto que no son suficientemente efectivas.

Es conocida la invención ES-291930-U. Esta invención se refiere a una máquina de intercambio de calor que propone una solución al problema mencionado. La máquina comprende un recipiente cilíndrico externo, de eje horizontal y pared hueca (para la circulación de fluido caloportador o refrigerante en el interior de dicha pared) , cerrado por sus dos bases y provisto en su interior de dos recipientes cilíndricos de pared hueca (para la circulación del fluido) , coaxiales con el primero. La máquina incluye adicionalmente una estructura giratoria alrededor del eje común a los tres recipientes que está dotada de una pluralidad de paletas rascadoras, que rascan las paredes de los recipientes a la vez que agitan o remueven el producto.

Por otra parte, el documento de patente ES-2323918 recoge una máquina de intercambio de calor con un recipiente externo que incluye en su interior al menos dos paredes huecas (para la circulación del fluido) dispuestas perpendicularmente a un eje del recipiente y una estructura giratoria alrededor de dicho eje que está dotada de una pluralidad de paletas rascadoras. Esta invención introduce en el estado de la técnica algunas ventajas respecto a la invención anterior. Una primera ventaja se desprende de la propia configuración de esta máquina, que proporciona una mayor superficie de intercambio de calor en relación con el volumen de producto a tratar contenido en el recipiente. Esta característica permite maximizar el rendimiento calorífico de la máquina, definido como la potencia calorífica intercambiada con el producto por unidad de volumen de depósito (en general y a los efectos de esta memoria descriptiva, se define rendimiento calorífico de un elemento intercambiador de calor como la potencia calorífica intercambiada con el producto por unidad de volumen de producto) . El aumentar el rendimiento calorífico de la máquina permite aumentar la capacidad del recipiente, depósito o cuba así como reducir el tiempo de procesado del producto, con la consiguiente ganancia en su productividad. Una segunda ventaja es que la referida invención permite mantener la adecuada relación entre el volumen de depósito y área de superficie de intercambio de calor para emular la cocción o tratamiento térmico de alimentos tradicional. Una tercera ventaja es que permite compartimentar el recipiente en volúmenes iguales. Esta característica permite uniformizar el calentamiento o enfriamiento del producto, evitando gradientes de temperatura durante el tratamiento, lo que facilita el proceso así como su cálculo y por tanto mejora la controlabilidad del proceso.

De otro lado, se conoce la patente de invención ES-2333572. Esta invención se refiere a una máquina de intercambio de calor con un producto que comprende un recipiente que incluye en su interior al menos un elemento modular, por cuyo interior circula el fluido. Los elementos modulares se disponen perpendicularmente a un eje del recipiente. La invención se caracteriza por que adicionalmente comprende una pluralidad de separadores dispuestos entre elementos contiguos y acoplados en el eje, de forma que el fluido circula en el eje por una primera conducción conectada con los elementos, tras circular por el interior del elemento, el fluido abandona éste hacia una segunda conducción en el eje. La máquina de intercambio de calor comprende adicionalmente una estructura giratoria alrededor de dicho eje que está dotada de una pluralidad de paletas rascadoras, que permiten la retirada de depósitos existentes en la superficie interior del recipiente así como en la superficie de los elementos modulares y separadores. Esta máquina introduce mejoras en el estado de la técnica en relación con la máquina de intercambio de calor recogida en ES-2323918. Una primera mejora es que permite que el rascado de posibles depósitos puede realizarse sobre toda las superficie interior del recipiente. Una segunda mejora es que la invención hace posible que la máquina pueda fabricarse o montarse modularmente a partir de distintas partes de la máquina como separadores y elementos modulares.

Sin embargo, esta máquina presenta el inconveniente de que los elementos modulares, por medio de la simple circulación del fluido en su interior tal como se describe en su respectivo documento de patente, no permiten un intercambio de calor de forma eficiente a través de su superficie de contacto.

La presente invención trata de introducir mejoras en el elemento modular de la máquina de intercambio de calor mencionada para aumentar la eficiencia calorífica dicho elemento modular. La eficiencia calorífica del elemento modular se define como la potencia calorífica intercambiada a través de la superficie del elemento por unidad de área de dicha superficie.

DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN

Con objeto de resolver el problema técnico señalado y lograr mejoras con respecto a los elementos modulares y máquinas de intercambio de calor conocidas en el estado de la técnica, la invención propuesta proporciona las características y efectos técnicos que se describen a continuación.

Como se ha indicado anteriormente, la invención se refiere a un elemento modular para su implementación preferente en una máquina de intercambio de calor según se describe en la patente de invención ES-2333572 o máquina similar. Se trata de una máquina para intercambio de calor con un producto que comprende: una depósito, cuba o recipiente, para contener el producto; un eje; una estructura giratoria alrededor de dicho eje que está dotada de al menos una pala rascadora; al menos un elemento modular; y una pluralidad de separadores configurados para ser acoplados en el eje, situándose entre dos elementos modulares contiguos al menos un separador. Los separadores tienen una primera y una segunda conducciones conectadas a un circuito para el calentamiento o enfriamiento de un fluido caloportador o refrigerante, según la máquina sea para calentar o para enfriar el producto respectivamente. Dichas primera y segunda conducciones de separador están conectadas a una conducción de entrada de fluido en el elemento modular, a través de un orificio de entrada, y a una conducción de salida de fluido del elemento modular, a través de un orificio de salida respectivamente. De este modo se crea una circulación del fluido en el interior del elemento modular que produce su calefacción o enfriamiento y que por consiguiente permite calentar o enfriar el producto.

El elemento modular objeto de la presente invención se conforma a partir de un cuerpo discoidal sólido metálico. El elemento modular incorpora: un conducto perimetral vaciado en el cuerpo discoidal; al menos un conducto de entrada recto, vaciado en el cuerpo discoidal y que conecta el orificio de entrada con el conducto perimetral; al menos un conducto de salida recto, vaciado en el cuerpo discoidal y que conecta el orifico de salida con el conducto perimetral; al menos un conducto de distribución recto, vaciado en el cuerpo discoidal y secante con el conducto perimetral....

1. ELEMENTO MODULAR PERFECCIONADO PARA MÁQUINA DE INTERCAMBIO DE CALOR, dicha máquina (1) para intercambio de calor con un producto comprendiendo: una cuba (3) para contener el producto; un eje (4) ; al menos una pala (5) rascadora; al menos un elemento (2) modular; y una pluralidad de separadores (6) configurados para ser acoplados en el eje (4) , situándose entre dos elementos (2) modulares contiguos al menos un separador (6) ; los separadores (6) comprendiendo una primera (7) conducción y una segunda (8) conducción conectadas a un circuito (16) para el calentamiento o enfriamiento de un fluido caloportador o refrigerante respectivamente; dichas conducciones (7, 8) de separador conectadas respectivamente a una conducción de entrada de fluido en el elemento modular, a través de un orificio (9) de entrada, y a una conducción de salida de fluido del elemento modular, a través de un orificio (10) de salida; de modo que se crea una circulación del fluido en el interior del elemento (2) modular que produce su calefacción o enfriamiento permitiendo calentar o enfriar el producto;

el elemento (2) modular caracterizado porque comprende:

un cuerpo (17) discoidal sólido metálico, que incluye una primera y una segunda superficies (22) exteriores bases de elemento modular;

un conducto (11) perimetral vaciado en el cuerpo (17) discoidal;

al menos un conducto (12) de entrada recto y vaciado en el cuerpo (17) discoidal, que conecta el orificio (9) de entrada con el conducto (11) perimetral;

al menos un conducto (13) de salida recto y vaciado en el cuerpo (17) discoidal, que conecta el orifico (10) de salida con el conducto (11) perimetral;

al menos un conducto (14) de distribución recto, vaciado en el cuerpo (17) discoidal y secante con el conducto (11) perimetral;

de forma que el fluido circula en el interior del elemento (2) desde el eje (4) pasando por el orificio (9) de entrada situado en la parte central del elemento (2) modular hacia el conducto (11) perimetral atravesando, antes de dicho conducto (11) perimetral el al menos un conducto (12) de entrada y, después de dicho conducto (11) perimetral el al menos un conducto (14) de distribución, para salir nuevamente por la parte central a través del orificio (10) de salida pasando antes por el al menos un conducto (13) de salida;

de manera que permite maximizar el área de contacto del elemento (2) con el fluido respecto al área de contacto del elemento (2) con el producto y en consecuencia maximizar la eficiencia calorífica del elemento.

2. ELEMENTO MODULAR PERFECCIONADO PARA MÁQUINA DE INTERCAMBIO DE CALOR, según la reivindicación 1, caracterizado porque las superficies (22) exteriores bases de elemento modular tienen una forma seleccionada dentro del grupo que consiste en: lisa y estriada; de manera que la superficie con forma estriada incorpora una pluralidad de surcos (24) concéntricos sobre dicha superficie.

3. ELEMENTO MODULAR PERFECCIONADO PARA MÁQUINA DE INTERCAMBIO DE CALOR, según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque:

el al menos un conducto (12) de entrada se extiende según una dirección (25) radial del cuerpo discoidal;

el al menos un conducto (13) de salida y el al menos un conducto (14) de distribución se extienden paralelamente a dicha dirección (25) radial;

los conductos (12, 13, 14) de entrada, salida y distribución se extienden en un mismo plano perpendicular al eje (4) ; y los conductos (12, 13) de entrada y salida se extienden diametralmente enfrentados dos a dos, siendo los orificios (9, 10) de entrada y salida simétricos respecto a un plano perpendicular a la dirección (25) radial y que contiene el eje (4) .

4. ELEMENTO MODULAR PERFECCIONADO PARA MÁQUINA DE INTERCAMBIO DE CALOR, según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque los conductos (12, 13, 14) de entrada, de salida y de distribución tienen forma seleccionada dentro del grupo que consiste en: de sección tubular y de sección en trébol.

5. ELEMENTO MODULAR PERFECCIONADO PARA MÁQUINA DE INTERCAMBIO DE CALOR, según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el elemento (2) modular incorpora al menos un taladro (15) de fijación en el cuerpo (17) discoidal; de manera que el acoplamiento de los separadores (6) y la cuba (3) al elemento (2) modular se realiza por medio de varillas de fijación pasantes a través del al menos un taladro (15) de fijación.

6. ELEMENTO MODULAR PERFECCIONADO PARA MÁQUINA DE INTERCAMBIO DE CALOR, según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque: el cuerpo (17) discoidal es un disco; el conducto (11) perimetral es periférico; y, si la al menos una superficie (22) exterior base tiene forma estriada, los surcos (24) concéntricos son circunferenciales.

7. ELEMENTO MODULAR PERFECCIONADO PARA MÁQUINA DE INTERCAMBIO DE CALOR, según la reivindicación 6, caracterizado porque:

el cuerpo (17) discoidal comprende un vaciado lateral que conforma un canal (26) perimetral;

el elemento (2) modular comprende adicionalmente un cuerpo (18) anular que encierra lateralmente el canal (26) perimetral y de forma que dicho canal (26) perimetral conforma el conducto (11) perimetral entre el cuerpo (17) discoidal y el cuerpo (18) anular; el cuerpo (18) anular incluye una superficie (23) exterior lateral de elemento modular; y el cuerpo (18) anular está fijado al cuerpo (17) discoidal por medios de unión seleccionados dentro del grupo que consiste en: a presión y por soldadura.

8. ELEMENTO MODULAR PERFECCIONADO PARA MÁQUINA DE INTERCAMBIO DE CALOR, según la reivindicación 7, en el que el cuerpo (18) anular está fijado al cuerpo (17) discoidal por medios de unión a presión; caracterizado porque el elemento (2) modular comprende adicionalmente una primera y una segunda juntas (19) tóricas dispuestas en respectivos bordes de canal (26) perimetral entre el cuerpo (17) discoidal y el cuerpo (18) anular; el cuerpo (17) discoidal estando provisto de alojamientos periféricos para dichas juntas (19) tóricas; el material de las juntas (19) tóricas siendo de caucho o similar; el material de caucho o similar seleccionado dentro del grupo que consiste en: NBR y FKM.

9. ELEMENTO MODULAR PERFECCIONADO PARA MÁQUINA DE INTERCAMBIO DE CALOR, según cualquiera de las reivindicaciones 7-8, caracterizado porque el cuerpo (2) discoidal es de material de aluminio; el material de aluminio seleccionado dentro del grupo que consiste en las aleaciones de tipo 7075 y 6082.

10. ELEMENTO MODULAR PERFECCIONADO PARA MÁQUINA DE INTERCAMBIO DE CALOR, según cualquiera de las reivindicaciones 7-9, caracterizado porque el cuerpo (18) anular es de material seleccionado dentro del grupo que consiste en: aluminio y caucho o similar; el material de aluminio seleccionado dentro del grupo que consiste en las aleaciones de tipo 7075 y 6082; el material de caucho o similar seleccionado dentro del grupo que consiste en: NBR y FKM.

11. ELEMENTO MODULAR PERFECCIONADO PARA MÁQUINA DE INTERCAMBIO DE CALOR, según cualquiera de las reivindicaciones 9-10, caracterizado porque el elemento (2) modular incorpora en las superficies (22, 23) exteriores que son de aluminio un recubrimiento de anodizado.

12. ELEMENTO MODULAR PERFECCIONADO PARA MÁQUINA DE INTERCAMBIO DE CALOR, según cualquiera de las reivindicaciones 7-10, caracterizado porque el elemento modular incorpora en las superficies (22, 23) exteriores que son metálicas un recubrimiento con estructura de material compuesto de metal poroso y PTFE

o similar.

13. PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE UN ELEMENTO MODULAR PERFECCIONADO PARA MÁQUINA DE INTERCAMBIO DE CALOR, definido en cualquiera de las reivindicaciones 7-12 que comprende las etapas de: fabricación del cuerpo (17) discoidal, y proceso de unión entre el cuerpo (17) discoidal y el cuerpo (18) anular; el procedimiento caracterizado porque:

los conductos (12, 13, 14) de entrada, de salida y de distribución se obtienen por mecanizado perforando los mismos desde un lateral del cuerpo (17) discoidal; y el canal (26) perimetral se obtiene por mecanizado devastando material del lateral del cuerpo (17) discoidal.

14. MÁQUINA DE INTERCAMBIO DE CALOR, para intercambio de calor con un producto comprendiendo: una cuba (3) para contener el producto; un eje (4) ; al menos una pala (5) rascadora; al menos un elemento (2) modular; y una pluralidad de separadores (6) configurados para ser acoplados en el eje (4) , situándose entre dos elementos (2) modulares contiguos al menos un separador (6) ; los separadores (6) comprendiendo una primera (7) conducción y una segunda (8) conducción conectadas a un circuito (16) para el calentamiento o enfriamiento de un fluido caloportador o refrigerante respectivamente; dichas conducciones (7, 8) de separador conectadas respectivamente a una conducción de entrada de fluido en el elemento modular, a través de un orificio (9) de entrada, y a una conducción de salida de fluido del elemento modular, a través de un orificio (10) de salida; de modo que se crea una circulación del fluido en el interior del elemento (2) modular que produce su calefacción o enfriamiento permitiendo calentar o enfriar el producto;

la máquina caracterizada porque:

el al menos un elemento (2) modular se define según una cualquiera de las reivindicaciones 1-13.

15. MÁQUINA DE INTERCAMBIO DE CALOR, según la reivindicación 14 y en la que el al menos un elemento (2) modular tiene al menos una superficie (22) exterior base con una pluralidad de surcos (24)

concéntricos;

la máquina caracterizada porque la al menos una pala (5) rascadora tiene una superficie (27) de rascado con forma inversa a los surcos (24) concéntricos de la al menos una superficie (22) exterior base de elemento modular, de forma que la superficie (27) de rascado de pala rascadora coopera con dicha al menos una superficie (22) exterior base adaptándose a la misma.