ES2199704T3 - Instalacion de intercambio de calor. - Google Patents

Abstract

Instalación de intercambio de calor para dispositivos calentados con gas para el tratamiento térmico de productos alimenticios, con una rueda de ventilador (6) para la circulación forzada de un medio de tratamiento, con un quemador de gas (18) y con un tubo de intercambio de calor (21) que rodea la rueda de ventilador, estando el quemador (18) en conexión exclusivamente con una instalación de mezcla (17) para gas y aire de la combustión para el ajuste de la mezcla de gas y aire necesaria para la combustión y comprendiendo la instalación de mezcla (17) una instalación de regulación para el ajuste de la mezcla de gas y aire premezclados al 100 % y un soplante, que transporta bajo presión la mezcla de gas y aire al quemador (18) y, una vez realizada la combustión, al tubo de intercambio de calor (21), conectado con el quemador de forma hermética al gas, caracterizada porque el quemador (18) está configurado como un tubo cerrado en el extremo (26) con orificios de salida de gas (27) distribuidos en la periferia, porque una zona inicial, ensanchada en el diámetro, del tubo de intercambio de calor (21) sirve como cámara de combustión (20) para el alojamiento del quemador (18), porque la cámara de combustión (20) está dispuesta esencialmente en dirección tangencial con respecto a la rueda del ventilador (6) en la proximidad inmediata de la misma, y porque el tubo de intercambio de calor (21) rodea la rueda del ventilador (6), partiendo desde la cámara de combustión (20) hasta la salida (25) siempre en una dirección constante de la circulación de gas.

Description

Instalación de intercambio de calor.

Instalación de intercambio de calor para dispositivos calentados con gas para el tratamiento térmico de productos alimenticios, con una rueda de ventilador para la circulación forzada de un medio de tratamiento, con un quemador de gas y con un tubo de intercambio de calor que rodea la rueda de ventilador, estando el quemador en conexión exclusivamente con una instalación de mezcla para gas y aire de la combustión para el ajuste de la mezcla de gas y aire necesaria para la combustión y comprendiendo la instalación de mezcla una instalación de regulación para el ajuste de la mezcla de gas y aire premezclados al 100% y un soplante, que transporta bajo presión la mezcla de gas y aire al quemador y, una vez realizada la combustión, al tubo de intercambio de calor, conectado con el quemador de forma hermética al gas.

En un dispositivo de intercambio de calor conocido según el documento EP 0 526 768 B1, el quemador está configurado del tipo de un quemador Bunsen y comprende un tubo de Venturi, en el que se insufla gas desde una tobera de gas, siendo arrastrado aire en virtud de la distancia entre el tubo de Venturi y la tobera de gas, de manera que se produce una cierta mezcla previa de aire y gas. El quemador está dispuesto en este caso delante del tubo de intercambio de calor, de manera que la llama configurada relativamente larga que abandona el quemador penetra en el intercambiador de calor y aspira en este caso, además, aire secundario. En esta configuración es un inconveniente el hecho de que se forma una llama muy larga, que requiere una primera sección lineal del tubo de intercambio de calor, cuando esta llama debe configurarse exacta y, además, se produce un ruido considerable en los dos lugares de aspiración de aire, lo que conduce, en dispositivos para el tratamiento térmico de productos alimenticios a los espacios de instalación de tales aparatos una carga de ruido considerable. Además, este tipo de configuración del quemador requiere una supervisión constante tanto de la presión del aire como también de la presión del gas, por una parte, y una supervisión de las cantidades alimentadas, lo que condiciona una instalación de regulación grande. La disposición del quemador de tal manera que se disponga para la llama relativamente larga un tubo de intercambio de calor lineal lo más largo posible, requiere en combinación con la configuración de una cámara de aire para la alimentación del aire primario y secundario de la combustión, la disposición del quemador con una distancia relativamente grande con respecto a la rueda del ventilador, de manera que el lugar más caliente del dispositivo de intercambio de calor, en el que se encuentra la llama del quemador, no esté directamente junto a la rueda del ventilador, sino que esta parte del dispositivo de intercambio de calor no sea impulsada directamente por la corriente de medio, que genera la rueda del ventilador.

Se conoce a partir del documento EP 1 116 920 A2 un dispositivo de intercambio de calor del tipo explicado anteriormente. En este dispositivo conocido, está previsto un quemador de gas, que está constituido por una placa de cerámica rectangular con un gran número de taladros, a través de los cuales es introducida a presión la mezcla porcentual de gas y aire premezclados por medio del soplante y que es encendida en el extremo de estos orificios. Este quemador está dispuesto en una cámara de combustión, desde la que parte, según cada dirección lateral, esencialmente tangencial a una rueda de ventilador para la circulación del medio de tratamiento, un tubo de intercambio de calor, que rodea la rueda del ventilador esencialmente a lo largo de una semi-periferia y es reconducido de nuevo en un bucle. Ambos tubos terminan en un colector, desde el que conduce hacia fuera un tubo de derivación.

En esta configuración es un inconveniente el hecho de que el quemador está realizado como una superficie rectangular, que debe incrementarse en una medida correspondiente en el caso de una elevación de la potencia del quemador, lo que conduce a problemas de espacio en un aparato de fermentación, puesto que este tipo de quemador requiere una cámara de combustión relativamente grande. Para poder disipar el calor de alguna manera uniforme desde esta cámara de combustión, son necesarios tubos de intercambio de calor colocados opuestos entre sí, que condicionan un gasto de construcción elevado. Además, no se garantiza que a circulación sea realizada de una manera uniforme en ambas secciones del tubo de intercambio de calor, que son atravesadas por la corriente en dirección opuesta, siendo influenciada negativamente esta impulsión uniforme de las secciones individuales del intercambiador de calor también por tolerancias de fabricación. Las llamas que proceden desde la placa de cerámica que sirve como quemador circulan a la cámara de combustión, en la que el gas caliente es dividido en dos direcciones en virtud de la disposición descrita el tubo. Por lo tanto, no tiene lugar ninguna circulación en la dirección de un tubo, de manera que se produce un efecto de remanso en la cámara de combustión y un calentamiento fuerte de aquella pared que se encuentra frente al quemador. Además, la cámara de combustión está colocada relativamente alejada de la rueda del ventilador, de manera que en la circulación de aire a calentar no se puede ceder el calor de la manera que se realizaría si el lado caliente del quemador estuviera colocado directamente adyacente a la rueda del ventilador.

Se conocen a partir de los documentos US-A-4.867.132 y US-A-3.991.737 quemadores de gas, en los que el quemador está configurado como un tubo cerrado en el extremo con orificios de salida de gas distribuidos en la periferia. En el primer caso, el quemador de gas está alojado en una cámara ensanchada, que está dispuesta desplazada lateralmente con respecto a la rueda del ventilador y en el segundo caso el quemador se asienta igualmente en una parte separada de la carcasa junto a la rueda del ventilador, de manera que no tiene lugar una impulsión directa de la cámara de combustión a través del aire transportado por la rueda del ventilador.

El cometido de la invención es crear una instalación de intercambio de calor sencilla desde el punto de vista de la construcción con una alta capacidad de calor.

Este cometido se soluciona partiendo de una instalación de intercambio de calor del tipo explicado al principio según la invención porque el quemador está configurado como un tubo cerrado en el extremo con orificios de salida de gas distribuidos en la periferia, porque una zona inicial, ensanchada en el diámetro, del tubo de intercambio de calor sirve como cámara de combustión para el alojamiento del quemador, porque la cámara de combustión está dispuesta esencialmente en dirección tangencial con respecto a la rueda del ventilador en la proximidad inmediata de la misma, y porque el tubo de intercambio de calor rodea la rueda del ventilador, partiendo desde la cámara de combustión hasta la salida siempre en una dirección constante de la circulación de gas.

En esta configuración, la mezcla porcentual de gas y aire premezclados para la combustión es transportada al interior del quemador, con lo que, como ya se conoce, se evita la aspiración doble de aire en el quemador de tubo de Venturi. No obstante, en esta configuración es decisivo el hecho de que la configuración del quemador está realizada como un tubo cerrado en un extremo con orificios de salida dispuestos en la periferia, siendo el número de los orificios sobre la superficie curvada del tubo mayor que en la configuración bidimensional rectangular del quemador según el estado de la técnica. Se puede conseguir un incremento del número de los orificios de salida de gas o bien a través de un incremento insignificante del diámetro, pero especialmente a través de una prolongación del tubo, lo que no modifica las relaciones de montaje, porque la rueda del ventilador presenta un diámetro relativamente grande, de manera que es posible una configuración muy larga del quemador, que posibilita una cámara de combustión con un solo tubo de intercambio de calor, de manera que se puede reducir en una medida esencial el gasto de la construcción.

La utilización de la zona inicial del tubo de intercambio de calor en forma ampliada como cámara de combustión, lleva consigo la ventaja de que se crea una superficie especialmente grande de la zona más caliente de la instalación de intercambio de calor, con lo que se mejora el rendimiento de la instalación de intercambio de calor. A través de la disposición de la cámara de combustión en dirección tangencial con respecto a la rueda del ventilador en la proximidad inmediata de la misma, se consigue el mejor aprovechamiento posible del calor. La cámara de combustión caliente se encuentra, por lo tanto, en la proximidad inmediata de la rueda del ventilador, con lo que no sólo se favorece el intercambio de calor, sino que se refrigera también la cámara de combustión en una medida suficiente. Puesto que la rueda del ventilador presenta un diámetro relativamente grande, existe la posibilidad de una configuración larga de la cámara de combustión y, por lo tanto, una configuración larga del quemador. La configuración de la cámara de combustión con un solo tubo de intercambio de calor, que rodea la rueda del ventilador, a partir de la cámara de combustión hasta la salida, siempre en una dirección constante de la circulación de gas, conduce a un gasto constructivo esencialmente reducido. Además, las relaciones de la circulación en este único tubo de intercambio de calor se pueden prever y ajustar mejor que en tubos de intercambio de calor configurados en direcciones opuestas, impulsados de una manera independiente entre sí, de acuerdo con el estado de la técnica explicado al principio. A través de la posibilidad de la configuración relativamente estrecha de la cámara de combustión se consigue un quemador configurado en forma de tubo, del tipo de una antorcha extendida alargada, de manera que sobre una superficie relativamente estrecha grande, con respecto a un diámetro pequeño del tubo del quemador, se pueden colocar muchos orificios de salida de gas, con lo que se puede conseguir una potencia alta del quemador. De esta manera es posible crear una cámara de combustión de diámetro relativamente pequeño, sin que se produzca un calentamiento fuerte de la pared de la cámara de combustión, porque la cámara de combustión se encuentra en la proximidad inmediata de la rueda del ventilador.

Cuando en otra configuración de la invención la cámara de combustión está cubierta por al menos una sección del tubo de intercambio de calor en el lado colocado radialmente en el exterior con respecto a la rueda del ventilador, entonces a través del lado, alejado de la rueda del ventilador, de la cámara de combustión, que presenta una temperatura muy alta, esta sección ya más fuertemente refrigerada del tubo de intercambio de calor se calienta una vez más, de manera que tiene lugar un aprovechamiento mejorado del calor generado.

Cuando en otra configuración de la invención el tubo de intercambio de calor rodea la rueda del ventilador y la cámara de combustión varias veces, presentando al menos un abrazamiento siguiente frente a un abrazamiento precedente al menos por secciones una distancia radial mayor con respecto al eje de la rueda del ventilador, entonces se consigue de esta manera un aprovechamiento especialmente bueno del espacio que recibe la rueda del ventilador en el aparato de fermentación, porque el tubo de intercambio de calor está abrazado especialmente en forma de una espiral, es decir, al menos por secciones, a distancia creciente del eje de la rueda del ventilador alrededor de la rueda del ventilador y de la cámara de combustión y de esta manera se puede conseguir un aprovechamiento muy bueno del espacio.

De acuerdo con otra configuración ventajosa de la invención, la cámara de combustión está configurada en forma de L, rodeando el brazo corto en su extremo abierto libre un orificio en una pared del dispositivo para el tratamiento térmico y estando fijado en la pared y de tal manera que el brazo largo está dispuesto tangencial a la rueda del ventilador. Cuando entonces el quemador forma junto con una parte de un tubo de alimentación para la mezcla de gas y aire preparada una unidad de construcción en forma de L dispuesta adaptada a la cámara de combustión y está fijada en la pared del dispositivo para el tratamiento térmico, entonces se garantiza de una manera especialmente sencilla el montaje del quemador en la cámara de combustión.

Cuando la instalación de intercambio de calor presenta solamente dos puntos de fijación en el dispositivo para el tratamiento térmico, cuyo punto de fijación está formado entre una pared en el aparato de fermentación y la cámara de combustión y el segundo punto de fijación está formado entre el extremo del tubo de intercambio de calor, que sale desde el dispositivo para el tratamiento térmico, y una pared de la carcasa del dispositivo para el tratamiento térmico, entonces la instalación de intercambio de calor está en condiciones de realizar en gran medida sin tensiones las dilataciones térmicas que se producen durante el funcionamiento. En este caso, es especialmente ventajoso que los puntos de fijación están dispuestos en una proximidad estrecha entre sí, con lo que toda la instalación de intercambio de calor puede seguir casi de forma ilimitada las dilataciones térmicas producidas.

Los ejes de los orificios de salida de gas están dispuestos de una manera preferida perpendicularmente al eje longitudinal del quemador, con lo que a pesar de la disposición de muchos orificios de salida de gas y de la configuración implicada con ello de muchas llamas, no se produce una interferencia mutua de estas llamas. Pero también pueden existir relaciones condicionadas por el espacio, que hacen necesaria otra configuración de las llamas, de manera que puede ser ventajoso también que los ejes de los orificios de salida de gas estén inclinados bajo un ángulo agudo oblicuos con respecto al eje del quemador.

La invención se explica en detalle a continuación con la ayuda de un ejemplo de realización. En el dibujo:

La figura 1 muestra una sección vertical a través de un dispositivo para el tratamiento térmico de productos alimenticios.

La figura 2 muestra una sección según la línea II-II en la figura 1.

La figura 3 muestra una sección parcial según la línea III-III en la figura 2.

La figura 4 muestra una representación ampliada de la zona designada con IV en la figura III.

El dispositivo para el tratamiento térmico de productos alimenticios, designado a continuación como aparato de fermentación, tiene una carcasa 1, que presenta, además del revestimiento frontal habitual y una puerta no representados, una pared de separación 2, que divide la carcasa en espacios separados herméticamente unos de otros. En uno de los espacios, un espacio 4 está separado de un espacio 5, por medio de otra pared de separación 3. El espacio 4 sirve para el alojamiento de una rueda de ventilador 6 y de un dispositivo de intercambio de calor 7, mientras que el espacio 5 sirve como espacio de fermentación para el alojamiento de los productos alimenticios a tratar. En el espacio 4 se introduce vapor a través de un generador de vapor no representado, de manera que se forma una mezcla de vapor y de aire, que es insuflada a través de la rueda del ventilador 6 de acuerdo con las flechas 8 a través de las ranuras 9 y 10 en la pared de separación 3 a espacio de fermentación. En este caso, esta mezcla de vapor y aire es calentada a través del dispositivo de intercambio de calor designado, en general, con 7. El fondo 11 del espacio de fermentación 5 desemboca en una salida 12, que sirve como salida de condensado y como salida para grasa y líquidos de limpieza. Esta salida desemboca en un condensador de mezcla 13, que sirve para la precipitación de los vapores de circulación de salida y cuyo conducto de descarga está designado con 14.

En el espacio 15 separado de forma hermética por medio de la pared de separación 2 se encuentran, además de elementos de control y regulación no representados, un motor de accionamiento 16 para la rueda del ventilador 6 y una instalación de mezcla 17 para un quemador 18 accionado con gas de la instalación de intercambio de calor 7.

La instalación de intercambio de calor 7 comprende, además del quemador 18 ya mencionado, que está conectado con un tubo de alimentación 19 con la instalación de mezcla 17, también una cámara de combustión 20, en la que se conecta un tubo de intercambio de calor 21, que no sólo rodea la rueda del ventilador 6 sino también la cámara de combustión 20, incrementándose la distancia de las secciones individuales del tubo desde el centro de la rueda del ventilador 6 con cada abrazamiento. La cámara de combustión 20 se encuentra en la proximidad inmediata en dirección tangencial a la rueda del ventilador 6 y está configurada en forma de L. El brazo más corto 20a está fijado por medio de una pestaña en la pared de separación 2 y rodea un orificio 23 en la pared de separación 2. El brazo más largo 20b recibe el quemador 18, que está conectado a través del tubo de alimentación 19 configurado en forma de L con la instalación de mezcla 17. En virtud de esta configuración en forma de L de la cámara de combustión y del conducto de alimentación 19, en el que se asienta el quemador 18, se puede enhebrar éste de una manera sencilla en la cámara de combustión. El tubo de intercambio de calor 21 está conectado en uno de sus extremos por medio de una pieza de transición 24 con la cámara de combustión 20 y está fijado en su otro extremo por medio de una pestaña 25 en una pared de la carcasa, estando clocado este punto de fijación en la proximidad de la pestaña 22 y, por lo tanto, en la proximidad del punto de fijación de la cámara de combustión. Como se deduce especialmente a partir de la figura 2, estos dos puntos de fijación presentan una distancia relativamente reducida entre sí, de manera que todo el tubo de intercambio de calor está libre de puntos de fijación y, por lo tanto, no está sometido a ningún impedimento durante la dilatación térmica producida a través de puntos de fijación adicionales.

La instalación de mezcla 17 comprende un soplante no representado en detalle así como instalaciones de dosificación con instalaciones de regulación correspondientes para la regulación de la mezcla de gas y aire que es necesaria para la combustión, que es alimentada al quemador 18 en la relación necesaria para la combustión, es decir, que está totalmente premezclada o bien al 100%. Aquí no se produce una alimentación adicional de aire secundario, lo que se manifiesta de una manera favorable sobre el desarrollo de ruido.

Como se deduce a partir de la figura 4, el quemador 18 comprende un tubo con un extremo 26 cerrado, que presenta aproximadamente la mitad de la longitud de la cámara de combustión 20. En la periferia del quemador están previstos orificios 27, desde los cuales sale la mezcla de gas y aire y después del encendido correspondiente forma varias llamas 28 que se encuentran adyacentes entre sí. Con 29 se designan los ejes de los orificios 27, que se encuentran en el ejemplo de realización representado perpendicularmente al eje longitudinal del quemador 30. Los ejes 29 de los orificios 27 pueden estar inclinados también en la dirección de la circulación del gas bajo un ángulo agudo hacia delante.

Claims (9)

1. Instalación de intercambio de calor para dispositivos calentados con gas para el tratamiento térmico de productos alimenticios, con una rueda de ventilador (6) para la circulación forzada de un medio de tratamiento, con un quemador de gas (18) y con un tubo de intercambio de calor (21) que rodea la rueda de ventilador, estando el quemador (18) en conexión exclusivamente con una instalación de mezcla (17) para gas y aire de la combustión para el ajuste de la mezcla de gas y aire necesaria para la combustión y comprendiendo la instalación de mezcla (17) una instalación de regulación para el ajuste de la mezcla de gas y aire premezclados al 100% y un soplante, que transporta bajo presión la mezcla de gas y aire al quemador (18) y, una vez realizada la combustión, al tubo de intercambio de calor (21), conectado con el quemador de forma hermética al gas, caracterizada porque el quemador (18) está configurado como un tubo cerrado en el extremo (26) con orificios de salida de gas (27) distribuidos en la periferia, porque una zona inicial, ensanchada en el diámetro, del tubo de intercambio de calor (21) sirve como cámara de combustión (20) para el alojamiento del quemador (18), porque la cámara de combustión (20) está dispuesta esencialmente en dirección tangencial con respecto a la rueda del ventilador (6) en la proximidad inmediata de la misma, y porque el tubo de intercambio de calor (21) rodea la rueda del ventilador (6), partiendo desde la cámara de combustión (20) hasta la salida (25) siempre en una dirección constante de la circulación de gas.

2. Instalación de intercambio de calor según la reivindicación 1, caracterizada porque la cámara de combustión (20) está cubierta por al menos una sección del tubo de intercambio de calor (21) en el lado colocado radialmente en el exterior, con relación a la rueda del ventilador (6).

3. Instalación de intercambio de calor según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el tubo de intercambio de calor (21) rodea varias veces la rueda del ventilador (6) y la cámara de combustión (20), presentando al menos un abrazamiento siguiente frente a un abrazamiento precedente al menos por secciones una distancia radial mayor con respecto al eje de la rueda del ventilador.

4. Instalación de intercambio de calor según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la cámara de combustión (20) está configurada en forma de L, porque el brazo corto (20a) rodea en su extremo abierto libre un orificio (23) en una pared (2) del dispositivo para el tratamiento térmico y está fijado (22) en la pared (2) y porque el brazo largo (20b) está dispuesto tangencial con respecto a la rueda del ventilador (6).

5. Instalación de intercambio de calor según la reivindicación 4, caracterizada porque el quemador (18) forma junto con una parte de un tubo de alimentación (19) para la mezcla preparada de gas y aire una unidad de construcción en forma de L que está adaptada a la cámara de combustión (20) y está fijado en el orificio (23) de la pared (2) del dispositivo para el tratamiento térmico.

6. Instalación de intercambio de calor según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque solamente presenta dos puntos de fijación (22, 25) en el dispositivo para el tratamiento térmico, cuyo punto de fijación (22) está formado entre una pared (2) en el aparato de fermentación y la cámara de combustión (20) y el segundo punto de fijación (25) está formado entre el extremo del tubo de intercambio de calor (21), que sale desde el dispositivo para el tratamiento térmico, y una pared de la carcasa del dispositivo para el tratamiento térmico.

7. Instalación de intercambio de calor según la reivindicación 6, caracterizada porque los puntos de fijación (22, 25) están dispuesto en una proximidad estrecha entre sí.

8. Instalación de intercambio de calor según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque los ejes (29) de los orificios de salida de gas (27) están perpendicularmente al eje longitudinal del quemador (30).

9. Instalación de intercambio de calor según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque los ejes (29) de los orificios de salida de gas (27) están inclinados en la dirección de la circulación bajo un ángulo agudo inclinados oblicuos con respecto al eje longitudinal del quemador (30).