ES2752221T3 - Máquina para fabricar hielo e intercambiador de calor para la misma - Google Patents
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Abstract
Intercambiador de calor (300) para una máquina para fabricar hielo (200) que comprende: un cuerpo tubular generalmente cilíndrico (302) que define una superficie interna de intercambio de calor generalmente cilíndrica (304); y al menos un circuito refrigerante (310) dispuesto alrededor de la superficie exterior del cuerpo tubular (302), caracterizado porque: el, al menos un, circuito refrigerante (310) está definido por una pluralidad de miembros que se extienden axialmente (312) dispuestos circunferencialmente alrededor y soldados fuerte a la superficie exterior del cuerpo tubular (302), comprendiendo cada miembro que se extiende axialmente (312) una superficie (316) que tiene una forma arqueada y comprende además una pluralidad de pasajes de refrigerante (314) que se extienden a lo largo de toda su longitud.
Description
DESCRIPCIÓN
Máquina para fabricar hielo e intercambiador de calor para la misma
Ámbito
[0001] El objeto de la solicitud se refiere a un intercambiador de calor para una máquina de fabricar hielo y a una máquina para fabricar hielo que incorpora el mismo.
Antecedentes
[0002] Las máquinas para hacer hielo son bien conocidas en la técnica y se han considerado muchos diseños. Por ejemplo, la patente de los Estados Unidos número 4.796.441 de Goldstein, revela una máquina para hacer hielo que comprende una carcasa que tiene una pared enfriada. Una mezcla eutéctica se pasa a través de la pared para enfriarse por debajo de su punto de congelación y formar hielo. Una paleta limpia continuamente la pared para retirar el fluido de la pared y llevarlo al cuerpo del fluido. Las paletas se mueven por un medio de accionamiento a una velocidad tal que la superficie se limpia antes de la cristalización del hielo sobre la pared.
[0003] La patente de Estados Unidos N° 6.286.332 de Goldstein, describe una máquina para hacer hielo que comprende un intercambiador de calor que incluye un cuerpo tubular generalmente cilindrico que define una superficie interna generalmente cilíndrica. El cuerpo está formado de material susceptible de corrosión y tiene al menos un pasaje de refrigerante que se extiende a su través. Se proporcionan placas finales en los extremos opuestos del cuerpo. Una entrada de refrigerante entrega refrigerante a, al menos, un pasaje de refrigerante y una salida de refrigerante recoge el refrigerante que ha pasado a través del, al menos un, pasaje de refrigerante. Una entrada suministra fluido a partir del cual debe hacerse hielo en el cuerpo para permitir que el refrigerante extraiga calor del fluido y una salida permite la salida de hielo del cuerpo. Un manguito cilindrico recubre la superficie interna y está formado a partir de material generalmente no susceptible de corrosión. Al menos una paleta está en contacto con el manguito y se puede mover alrededor de un eje para moverse a través del manguito y eliminar del mismo el fluido enfriado. Una unidad mueve la, al menos una, paleta a través del manguito.
[0004] El documento EP 1031807 A2 describe un intercambiador de calor de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
[0005] Aunque se han considerado varias máquinas para hacer hielo, resultan deseables mejoras. Por lo tanto, un objeto es, al menos, proporcionar un nuevo intercambiador de calor para una máquina para fabricar hielo y una nueva máquina para fabricar hielo que incorpore el mismo.
Sumario
[0006] Por consiguiente, en un aspecto se proporciona un intercambiador de calor según la reivindicación 1.
[0007] Según otro aspecto, se proporciona una máquina para hacer hielo según la reivindicación 9.
[0008] Según otro aspecto, se proporciona un método de soldadura fuerte según la reivindicación 10.
Breve descripción de los dibujos
[0009] Por consiguiente, en un aspecto se proporciona un intercambiador de calor según la reivindicación 1.
Las realizaciones se describirán ahora de manera más completa con referencia a los dibujos adjuntos en los que: - La figura 1 es un diagrama esquemático de una unidad para fabricación de hielo;
- La figura 2 es una vista isométrica de un intercambiador de calor que forma parte de la unidad para fabricación de hielo de la figura 1;
- Las figuras 3A y 3B son vistas isométricas y en planta frontal, respectivamente, de un circuito refrigerante que forma parte del intercambiador de calor de la figura 2;
- Las figuras 4A y 4B son vistas isométricas y en planta superior, respectivamente, de un miembro que se extiende axialmente que forma parte del circuito refrigerante de las figuras 3A y 3B;
- Las figuras 5A y 5B son vistas en planta superior e isométricas de otra realización de un intercambiador de calor; - Las figuras 6A y 6B son vistas en planta superior e isométricas de otra realización más de un intercambiador de calor;
- Las figuras 7A y 7B son vistas en planta superior e isométricas de otra realización más de un intercambiador de calor;
- La figura 8 es una vista isométrica de otra realización más de un intercambiador de calor; y
- La figura 9 es una vista isométrica de otra realización más de un intercambiador de calor.
Descripción detallada de las realizaciones
[0010] Prestando atención ahora a la figura 1, se muestra una unidad para fabricación de hielo que se identifica en general con el número de referencia 100. La unidad para fabricación de hielo 100 comprende una máquina para fabricación de hielo 200 que tiene una entrada de solución de salmuera 202 y una salida de lechada de salmuerahielo 204. La entrada de lechada de salmuera 202, permite la entrada de solución de salmuera o lechada de salmuera-hielo recibida en la máquina 200 desde una fuente de salmuera (no mostrada). La salida de lechada de
salmuera-hielo 204, está conectada a un conducto de descarga 206. El conducto de descarga 206 conduce a una salida 208 así como a un conducto de recirculación 210. El conducto de recirculación 210 conduce a un conducto de entrada 212 que también recibe solución de salmuera. El conducto de entrada 212 suministra solución de salmuera y/o lechada de salmuera-hielo a la entrada de solución de salmuera 202. Una bomba 214 se coloca a lo largo del conducto de recirculación 210 para recircular la lechada de salmuera-hielo. La cantidad de solución de salmuera entrante al conducto de entrada 212 y se mezcla con la suspensión recirculada de lechada salmuera-hielo se puede controlar para permitir que la fracción de hielo de la lechada de salmuera-hielo producida por la unidad para fabricación de hielo 100 se ajuste según se desee.
[0011] La unidad para fabricación de hielo 100 comprende una unidad de condensador 250. La unidad de condensador 250 está configurada para suministrar a la máquina para fabricación de hielo 200 un refrigerante mediante una entrada de refrigerante 260. La unidad de condensador 250 está configurada para comprimir y condensar el refrigerante excitando la máquina para fabricar hielo por medio de una salida de refrigerante 270 antes de recircular el refrigerante a la entrada de refrigerante 260.
[0012] Como se muestra en la figura 2, la máquina para fabricar hielo 200 comprende un intercambiador de calor 300. El intercambiador de calor 300 comprende un cuerpo tubular 302 generalmente cilíndrico que define una superficie intercambiadora interna 304 generalmente cilíndrica. Un cabezal de entrada se conecta a una superficie inferior del cuerpo del intercambiador de calor 302. Un cabezal de salida 410 está conectado a una superficie superior del cuerpo del intercambiador de calor 302. Un circuito de refrigerante 310 está conectado y rodea el exterior del cuerpo del intercambiador de calor 302. El circuito de refrigerante está en acoplamiento de fluido al cabezal de entrada 400 y al cabezal de salida 410.
[0013] El cabezal de entrada 400 tiene en general forma anular y define un pasaje de entrada circular. El cabezal de entrada 400 comprende una entrada (no mostrada) configurada para dirigir la entrada de refrigerante recibido a través de la entrada de refrigerante 260 alrededor del pasaje de entrada circular.
[0014] El cabezal de salida 410 en general tiene forma anular y define un pasaje de salida circular. El cabezal de salida 410 comprende una salida 412 configurada para dirigir la salida de refrigerante fuera del pasaje de salida a través de la salida de refrigerante 270.
[0015] Como se muestra en las figuras 3A y 3B, el circuito refrigerante 310 comprende una pluralidad de miembros que se extienden axialmente 312 dispuestos circunferencialmente alrededor de la superficie exterior del cuerpo del intercambiador de calor 302. Uno de los miembros que se extienden axialmente 312 se muestra en las figuras 4A y 4B. En esta realización, cada miembro que se extiende axialmente 312 está dimensionado para extenderse en toda la longitud del cuerpo del intercambiador de calor 302 entre el cabezal de entrada 400 y el cabezal de salida 410. Como se muestra en la figura 4B, cada miembro que se extiende axialmente 312 comprende una superficie 316 que tiene una forma arqueada. La superficie 316 está arqueada de tal manera que toda la superficie 316 está en contacto con la superficie exterior del cuerpo del intercambiador de calor 302 cuando se pone en contacto con ella. Cada miembro que se extiende axialmente 312 comprende pasajes de refrigerante 314, en esta realización cuatro (4), que se extienden a lo largo de toda su longitud. Cada pasaje de refrigerante 314 comprende una entrada 318 y una salida 320. La entrada 318 está configurada para unirse en acoplamiento de fluido al colector de entrada 400 y la salida 320 está configurada para unirse en acoplamiento de fluido al colector de salida 410.
[0016] La superficie 316 de cada miembro 312 que se extiende axialmente está unida a la superficie externa del cuerpo del intercambiador de calor 302 mediante soldadura fuerte. Como se apreciará, la soldadura fuerte de la superficie 316 de cada miembro que se extiende axialmente 312 en la superficie exterior del cuerpo del intercambiador de calor 302 asegura una alta velocidad de transferencia de calor durante el funcionamiento.
[0017] En esta realización, el proceso de soldadura fuerte comprende cuatro etapas. Se utiliza un proceso de chorro de arena para raspar la superficie exterior del cuerpo del intercambiador de calor 302. A la superficie rugosa del cuerpo del intercambiador de calor 302 se aplica una pulverizado térmico como, por ejemplo, Iconel®. Se utiliza un proceso de pulverizado térmico por arco de alambre para pulverizar un polvo de aluminio fundido sobre la superficie a pulverizar térmicamente del cuerpo del intercambiador de calor 302, creando así una capa de aluminio sobre la superficie exterior del cuerpo del intercambiador de calor 302. Los miembros que se extienden axialmente 312 se aseguran mecánicamente sobre la superficie exterior del cuerpo del intercambiador de calor 302 utilizando abrazaderas de engranaje. Los miembros que se extienden axialmente 312 y el cuerpo del intercambiador de calor 302 se colocan luego en un horno de vacío ajustado a aproximadamente 600° C para la soldadura fuerte durante un período de tiempo predeterminado. Las abrazaderas de engranaje se retiran y el cuerpo del intercambiador de calor 302 y los miembros que se extienden axialmente 312 se colocan en un entorno a temperatura ambiente, lo que les permite enfriarse.
[0018] Aunque no se muestra, la máquina para hacer hielo 200 comprende un conjunto de paletas (no mostrado) colocado dentro del cuerpo del intercambiador de calor 302 que comprende una disposición de paletas y espaciadores. El conjunto de paletas es girado por un motor a través de un eje impulsor (no mostrado). Las paletas están en contacto con la superficie intercambiadora de calor, como se describirá a continuación. Los detalles específicos del conjunto de paletas, motor y eje de transmisión se describen en la patente de los Estados Unidos número 4.796.441, cuyas partes relevantes de la descripción se incorporan aquí como referencia.
[0019] Se describirá ahora el funcionamiento de la unidad para fabricación de hielo 100. En funcionamiento, la solución de salmuera o la lechada de hielo-salmuera (en lo sucesivo denominada solución de salmuera) se alimenta a la máquina para fabricación de hielo 200 a través de la entrada de solución de salmuera 202. La solución de salmuera fluye adyacente a la superficie intercambiadora de calor 304. Mientras esto ocurre, el refrigerante fluye hacia el cabezal de entrada 400 y hacia cada uno de los pasajes de refrigerante 314 a través de las entradas 318. El refrigerante fluye a lo largo de los pasajes de refrigerante 314 y sale al cabezal de salida 410 a través de las salidas
320. A medida que el refrigerante fluye a través de los pasajes de refrigerante 314, el refrigerante absorbe calor a través de la superficie intercambiadora de calor 304 y se calienta. Así la solución de salmuera en contacto con la superficie intercambiadora de calor 304 se sobre enfría.
[0020] Para evitar la deposición de hielo sobre la superficie intercambiadora de calor 304, lo que inhibiría la transferencia de calor al refrigerante y, por lo tanto, reduciría la eficacia de la unidad para fabricación de hielo 100, el conjunto de paletas es girado mediante eje de accionamiento accionado por el motor. De manera específica, el conjunto de paletas gira a una velocidad lo suficientemente elevada como para permitir que las paletas eliminen la solución de salmuera sobre-enfriada de la superficie intercambiadora de calor 304 antes de la cristalización de los cristales de hielo sobre la superficie intercambiadora de calor 304. Por tanto, la solución de salmuera sobre enfriada cristaliza en la solución de salmuera permitiendo que la solución de salmuera actúe como refrigerante secundario en la formación de cristales finos de hielo en toda la solución de salmuera.
[0021] Como apreciarán los expertos en la materia, la unidad para fabricación de hielo 100 permite que las partículas finas de hielo en una solución de salmuera se hagan de manera eficaz al aumentar e igualar la transferencia de calor entre la solución de salmuera y el refrigerante sobre básicamente toda la superficie 304 intercambiadora de calor.
[0022] Aunque en la realización anterior el circuito refrigerante se describe como comprendiendo una pluralidad de miembros que se extienden axialmente, los expertos en la materia apreciarán que en las realizaciones, el circuito refrigerante puede comprender una pluralidad de miembros extendiéndose radialmente.
[0023] Aunque en la realización anterior, el intercambiador de calor se describe comprendiendo un circuito refrigerante que incluye una pluralidad de miembros que se extienden axialmente dispuestos circunferencialmente alrededor de la superficie externa del cuerpo del intercambiador de calor, los expertos en la materia apreciarán que pueden ser usados intercambiadores de calor alternativos.
[0024] Prestando atención ahora a las figuras 5A y 5B, se muestra otra realización de un intercambiador de calor para ser utilizado con la unidad para fabricación de hielo 100 y generalmente identificado con el número de referencia 500. El intercambiador de calor 500 es generalmente similar al del intercambiador de calor 300, y, como tales, se usarán números de referencia similares para indicar componentes similares. En esta realización, un manguito 510 hecho a base de aluminio corrugado se coloca alrededor del contorno del cuerpo del intercambiador de calor 302. Como se puede ver, el corrugado del manguito 510 tienen forma sinusoidal y comprenden picos 512 y valles 514. El manguito 510 está dimensionado de tal manera que los valles 514 entren en contacto con la superficie exterior del cuerpo del intercambiador de calor 302. Los valles 514 están unidos a la superficie exterior del cuerpo del intercambiador de calor 302 mediante soldadura fuerte. Como se apreciará, la soldadura fuerte de los valles 514 del manguito exterior 510 asegura una alta tasa de transferencia de calor durante el funcionamiento.
[0025] Un circuito refrigerante 520 es definido mediante por una pluralidad de pasajes que se extienden axialmente 522 formados entre las ondulaciones del manguito 510 y la superficie exterior del cuerpo del intercambiador de calor 302. Aunque no se muestra, un cabezal de entrada está conectado a una superficie inferior del cuerpo del intercambiador de calor 302, estando conectado un cabezal de salida a una superficie superior. Un extremo de cada pasaje que se extiende axialmente 522 está en acoplamiento de fluido con el cabezal de entrada y el extremo opuesto de cada pasaje que se extiende axialmente 522 está en acoplamiento de fluido al cabezal de salida.
[0026] El funcionamiento del intercambiador de calor 500 es generalmente similar al del intercambiador de calor 300 y, como tal, los detalles no se describirán.
[0027] Prestando atención ahora a las figuras 6A y 6B, donde se muestra otra realización de un intercambiador de calor para usar con la unidad para fabricación de hielo 100 y se identifica en general con el número de referencia 600. El intercambiador de calor 600 es generalmente similar al del intercambiador de calor 500 y, como tal, se utilizarán números de referencia similares para indicar componentes similares. En esta realización, un manguito exterior 610 hecho a base de aluminio se coloca alrededor del manguito 510 de aluminio corrugado. El manguito exterior 610 está dimensionado de tal manera que una superficie interior 612 de dicho manguito exterior 610 contacta los picos 512 del manguito 510. La superficie interior 612 está conectada a los picos 512 del manguito 510 mediante soldadura fuerte. Como resultado de ello, se forman una pluralidad de pasajes que se extienden axialmente 614 entre las corrugaciones del manguito 510 y la superficie interior 612 del manguito exterior 610. La pluralidad de pasajes que se extienden axialmente 614 puede llenarse con un material aislante tal como por ejemplo espuma de poliuretano expandida.
[0028] Prestando atención ahora a las figuras 7A y 7B, se muestra otra realización de un intercambiador de calor para usar con la unidad para fabricación de hielo 100 y se identifica en general con el número de referencia 700. El intercambiador de calor 700 es generalmente similar al del intercambiador de calor 300 y, como tal, se utilizarán números de referencia similares para indicar componentes similares. En esta realización, un manguito 710 hecho a base de aluminio se coloca alrededor del contorno del cuerpo del intercambiador de calor 302. El manguito 710 comprende una pluralidad de hoyuelos circulares 712 que se extienden generalmente hacia el cuerpo del intercambiador de calor 302. El manguito 710 y los hoyuelos 712 están dimensionados de modo que dichos hoyuelos 712 entren en contacto con la superficie exterior del cuerpo del intercambiador de calor 302. Estos hoyuelos 712 están conectados a la superficie exterior del cuerpo del intercambiador de calor 302 mediante soldadura fuerte.
[0029] Un circuito de refrigerante 720 está definido por los pasajes de refrigerante 722 formados entre el manguito 710 y la superficie exterior del cuerpo del intercambiador de calor 302. Como tal, el caudal de refrigerante a través de los pasajes de refrigerante 722 es dirigido por los hoyuelos 712. Aunque no se muestra, un cabezal de entrada está conectado a una superficie inferior del cuerpo del intercambiador de calor 302 mientras que un cabezal de salida se conecta a una superficie superior. Un extremo de los pasajes de refrigerante 722 está en acoplamiento de
fluido con el cabezal de entrada mientras que el extremo opuesto de los pasajes de refrigerante 722 está en acoplamiento de fluido al cabezal de salida.
[0030] The operation of the heat exchanger 700 is generally similar to that as the heat exchanger 300 and as such the details will not be described. El funcionamiento del intercambiador de calor 700 es generalmente similar al del intercambiador de calor 300 y, como tal, los detalles no se describirán.
[0031] Prestando ahora atención a la figura 8, se muestra otra realización de un intercambiador de calor para usar con la unidad para fabricación de hielo 100 que en general se identifica con el número de referencia 800. El intercambiador de calor 800 es similar al intercambiador de calor 700, con la siguiente excepción. En lugar de tener hoyuelos circulares, el intercambiador de calor 800 comprende un manguito 810 que comprende una pluralidad de hoyuelos en zigzag 812.
[0032] Prestando atención ahora a la figura 9, se muestra otra realización de un intercambiador de calor para usar con la unidad para fabricación de hielo que en general se identifica con el número de referencia 900. El intercambiador de calor 900 es similar al intercambiador de calor 700, con la siguiente excepción. En lugar de tener hoyuelos circulares, el intercambiador de calor 900 comprende un manguito 910 que comprende una pluralidad de hoyuelos rectangulares 912.
[0033] Aunque en las realizaciones anteriores los hoyuelos se describen como circulares, en zigzag o de forma rectangular, los expertos en la materia apreciarán que cada uno de dichos hoyuelos puede tener cualquier forma.
[0034] Aunque en las realizaciones anteriores, el manguito y el manguito exterior se describen como hechos a base de aluminio, los expertos en la materia apreciarán que dichos manguito y manguito exterior pueden estar hechos a base de otros materiales, tal como por ejemplo acero inoxidable.
[0035] Aunque las realizaciones se han descrito anteriormente con referencia a los dibujos adjuntos, los expertos en la materia apreciarán que pueden realizarse variaciones y modificaciones sin apartarse del alcance de las mismas como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (10)
1. Intercambiador de calor (300) para una máquina para fabricar hielo (200) que comprende:
un cuerpo tubular generalmente cilíndrico (302) que define una superficie interna de intercambio de calor generalmente cilíndrica (304); y al menos un circuito refrigerante (310) dispuesto alrededor de la superficie exterior del cuerpo tubular (302), caracterizado porque:
el, al menos un, circuito refrigerante (310) está definido por una pluralidad de miembros que se extienden axialmente (312) dispuestos circunferencialmente alrededor y soldados fuerte a la superficie exterior del cuerpo tubular (302), comprendiendo cada miembro que se extiende axialmente (312) una superficie (316) que tiene una forma arqueada y comprende además una pluralidad de pasajes de refrigerante (314) que se extienden a lo largo de toda su longitud.
2. Intercambiador de calor (300) de la reivindicación 1, en el que cada pasaje de refrigerante (314) comprende una entrada (318) y una salida (320).
3. Intercambiador de calor (300) de la reivindicación 2, que comprende además: un cabezal de entrada (400) que define un pasaje de entrada circular en comunicación de fluido con la entrada (318) de cada pasaje de refrigerante (314).
4. Intercambiador de calor (300) de la reivindicación 3, en el que el cabezal de entrada está configurado para dirigir la entrada de refrigerante hacia el pasaje de entrada circular y en la entrada de cada pasaje de refrigerante (314).
5. Intercambiador de calor (300) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además:
un cabezal de salida (410) que define un pasaje de salida circular en comunicación de fluido con cada pasaje de refrigerante (314).
6. Intercambiador de calor (300) de la reivindicación 5, en el que el cabezal de salida (410) está configurado para dirigir la salida del refrigerante recibido desde cada pasaje de refrigerante (314) fuera del pasaje de salida circular.
7. Intercambiador de calor (300) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que cada miembro que se extiende axialmente (312) comprende cuatro pasajes de refrigerante (314).
8. Intercambiador de calor (300) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que una superficie completa de cada miembro que se extiende axialmente (312), se somete a soldadura fuerte con la superficie exterior del cuerpo tubular (302).
9. Máquina para hacer hielo (200), que comprende:
una carcasa que tiene una entrada para recibir un fluido a partir del cual se hará el hielo y una salida para permitir la evacuación de hielo desde dicha carcasa;
un intercambiador de calor (300) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8;
al menos una paleta en contacto con la, al menos una, superficie intercambiadora de calor (304) que móvil alrededor de un eje para moverse a través de dicha, al menos una, superficie intercambiadora de calor (304) para eliminar el fluido enfriado de la misma; y
una unidad para mover la, al menos una, paleta a través de la, al menos una, superficie intercambiadora de calor (304).
10. Procedimiento para someter a soladura fuerte una pluralidad de miembros que se extienden axialmente (312) hechos de material metálico a un cuerpo tubular generalmente cilíndrico (302) que define una superficie (304) de intercambio de calor generalmente cilíndrica, caracterizada porque dicho procedimiento comprende:
hacer rugosa la superficie intercambiadora de calor (304); pulverizar la superficie rugosa intercambiadora de calor (304) con un material en polvo, al menos una porción de la cual comprende un material idéntico al material metálico; asegurar mecánicamente la pluralidad de miembros que se extienden axialmente (312) a la superficie intercambiadora de calor pulverizada (304), comprendiendo cada miembro que se extiende axialmente (312) una superficie que tiene forma arqueada de modo que dicha superficie se encuentre en contacto con la superficie intercambiadora de calor (304), comprendiendo cada miembro que se extiende axialmente (312) una pluralidad de pasajes de refrigerante (314);
colocar la superficie intercambiadora de calor (304) y la pluralidad de miembros que se extienden axialmente (312) en un ambiente a temperatura de soldadura fuerte; y permitir que la superficie intercambiadora de calor (304) y la pluralidad de miembros que se extienden axialmente (312) se enfríen.
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