BRPI1003503A2

BRPI1003503A2 - trocador de calor de envoltório-e-tubo

Info

Publication number: BRPI1003503A2
Application number: BRPI1003503A
Authority: BR
Inventors: Jörg Zacharias
Original assignee: Krones Ag
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2015-10-20
Also published as: EP2299226A3; EP2299226B1; US20110056653A1; DK2299226T3; DE102009040560A1; CN102012178A; ES2760913T3; EP2299226A2

Abstract

trocador de calor de envoltório-e-tubo. trata-se de um trocador de calor de envoltório-e-tubo (w) que compreende um tubo de invólucro (1) e pelo menos um tubo interno (3) para o tratamento de produtos alimentícios líquidos, opcionalmente também com um guia de fluxo do produto/produto, que compreende pelo menos um dispositivo de compensação de termo-expansão (k) para tubo interno e/ou de invólucro (1, 3), em que o dispositivo de compensação (k) tem uma superfície (12) que pode estar em contato com o produto a ser tratado, sendo que a dita superfície, em um fole integrado no tubo interno e/ou de invólucro (1, 3), é dotada de uma pluralidade de dobras relativamente largas (f1, f) que se estendem ao redor do eixo geométrico do tubo (x) e apresentam uma seção transversal arredondada, e em que à dobra respectiva (f, 1) é configurada com uma profundidade radial (t) e uma largura axial (b) com uma razão de b : t de aproximadamente 1 ou mais e pode ser limpa no lado do produto de uma maneira higienicamente irreprovável.

Description

TROCADOR DE CALOR DE ENVOLTÓRIO-E-TUBO A presente invenção se refere a um trocador de calor de envoltõrio-e-tubo do tipo indicado no preâmbulo da reivindicação 1 da patente.

Os trocadores de calor de envoltório-e-tubo, por exemplo, para guia de fluxo de produto/produto são conhecidos a partir de DE 600 19 635 T2 e DE 102 56 232 B4 . O dispositivo de compensação de termo-expansão é aqui uma conexão deslizante com vedações ou um mancai flutuante ou móvel que permite movimentos relativos termicamente causados, porém, cria espaços mortos nos qual o produto pode ser acomodado de tal modo que, apesar da limpeza intensiva, não possa mais ser removido, ou exige uma operação de desmantelamento para uma limpeza higienicamente irreprovável. Mediante aspectos higiênicos, tais dispositivos de compensação não são recomendados pelas autoridades responsáveis, porém, têm sido, até então, comuns como uma solução abrangente para o guia de fluxo de produto/produto.

Em contrapartida, em trocadores de calor de envoltório-e- tubo na indústria alimentícia, nos quais ocorre um guia de fluxo de meio termo-carreador/produto (por exemplo, água) , compreende- se que pelo menos um fole é instalado como um dispositivo de compensação de termo-expansão de tal modo que esteja exclusivamente em contato com o meio termo-carreador, porém, não esteja definitivamente em contato com o produto. Após períodos específicos de uso do trocador de calor de envoltório-e-tubo , ou durante a alteração do produto, o fole não será limpo, pois esteve em contato somente com o meio termo-carreador a qualquer taxa. O fole é dei iberadamente configurado com uma razão de B: T de muito menos do que 1, opcionalmente com flancos retos e raios de curvatura muito pequenos entre os flancos, pois ê dessa maneira que a ação compensatória por dobra é forte e o número de dobras necessárias ê, então, o menor possível. Devido ao fato de que a razão de B: Té muito menor do que 1, o que representa uma vantagem para a compensação, esse fole não poderia mais ser limpo para obter uma condição higienicamente irreprovãvel, pois depósitos de produto inevitável e firmemente pegaj osos surgiríam mediante o contato com um produto, por exemplo, devido a formações de turbilhonamento e zonas mortas. O obj etivo da presente invenção consiste em configurar um trocador de calor de envoltório-e-tubo do tipo supramencionado para guia de fluxo do produto/produto de modo que possa ser limpo de uma maneira higienicamente irreprovável. O dito obj etivo é atingido com as características da reivindicação 1 da patente. O afastamento deliberado de uma razão B : T da dobra que ê usualmente padrão para uma compensação de termo-expansão ótima e a adoção de uma razão de B : T de aproximadamente 1 ou mais, a qual é menos vantaj osa para a compensação, pelo menos na superfície da dobra que pode estar em contato com o produto, possibilita que a superfície que pode estar em contato com o produto seja limpa para alcançar um estado higienicamente irreprovável do produto, pois há alterações direcionais relativamente moderadas nas dobras arredondadas e superfícies relativamente curvas de modo enfraquecido e não há espaços mortos críticos. Portanto, o produto é menos suscetível à pegaj os idade, porém, é sempre rapidamente desnivelado em relação à dobra. O meio de limpeza pode eliminar eficientemente os resíduos de produto e o próprio meio pode ser facilmente desnivelado e/ou removido sem quaisquer resíduos. Para realizar a ação compensatória exigida como um todo, hã uma necessidade de obter somente um número adicional correspondente de dobras. Isso é, no entanto, evidentemente aceitável em relação às condições higienicamente irreprovãveis alcançáveis para o guia de fluxo do produto/produto e à impermeabilidade hermética no trocador de calor de envoltório-e-tubo . Devido à deterioração aceita da ação compensatória de cada dobra, a qual está em contato com o produto, por exemplo, com seu lado interior, e é provida para o propósito técnico de expansões térmicas de compensação, somente agora é concedida ao fole ã qualificação higiênica para o guia de fluxo do produto/produto no trocador de calor de envoltório-e- tubo , e também devido ao fato de que uma extensão de superfície harmoniosa alcança condições de fluxo muito vantaj osas que aperfeiçoam drasticamente a eficiência de limpeza em particular. Portanto, um trocador. de calor de envoltório-e-tubo com um fole higiênico é consumado.

Em uma realização vantajosa, a razão de B : T pode ser, por exemplo, de aproximadamente 1 até aproximadamente 2 . Quanto maior a razão, mais vantajosa é a dobra durante a limpeza após períodos de operação predeterminados ou em relação a uma alteração do produto.

Em uma realização vantaj osa, diversas dobras são providas no fole; essas dobras são diretamente sucessivas em uma direção axial, são formadas alternadamente para dentro e para fora e são pelo menos substancialmente similares e relativamente amplas. Quando esse fole é disposto no tubo de invólucro, a superfície, a qual pode estar em contato com o produto, está somente presente no interior. Em contrapartida, se o fole estiver disposto em um tubo interno, a superfície interna ou externa ou ambas as superfícies podem estar em contato com o produto, sendo que condições ótimas são providas, a cada momento, para a ação de limpeza.

Em uma realização alternativa, uma pluralidade de dobras, as quais são axialmente sucessivas com interespaços e substancialmente similares, é provida para dentro ou para fora; as dobras são formadas com a razão de B : T de aproximadamente 1 ou mais na superfície que pode estar em contato com o produto, e as dobras que apresentam uma razão de BI : T < 1 são providas nos interespaços. Recomenda-se nessa realização que as superfícies convexamente curvadas das dobras sejam dispostas com a razão de BI : T < 1 na superfície do fole que pode estar em contato com o produto, pois essas seções de superfície convexa também podem ser facilmente limpas. Isso constitui uma configuração híbrida do fole de, por um lado, ser capaz de limpar as seções de superfície côncava das dobras relativamente largas com a razão de B : T de aproximadamente 1 ou mais sem dificuldade, mas também de alcançar uma ação compensatória menor por unidade de comprimento, e de, por outro lado, ser capaz de alcançar uma ação de limpeza adequadamente satisfatória também nas porções de superf ície convexa das dobras com a razão de BI : TI < 1, porém, para obter uma ação compensatória mais forte por unidade de comprimento no dito local. Conforme declarado, essa forma híbrida do fole é especificamente recomendada para o tubo de invólucro se o dito tubo for contatado pelo produto na superfície interna.

Em outra realização, o diâmetro interno do fole tem um tamanho que esta entre aproximadamente o diâmetro interno do tubo interno ou de invólucro que compreende o fole e o dito diâmetro interno menos a profundidade das dobras. Dependendo da aplicação específica do fole no tubo de invólucro ou em um tubo interno, as constrições indesejadas dentro da dita região de fole/diâmetro interno podem ser evitadas ou minimizadas nos canais de fluxo respectivos.

Em uma realização, o fole compreende soquetes de tubo cilíndrico substancialmente circular soldados ao tubo interno ou de invólucro, os quais são inseridos em ou sobre as extremidades de seção do tubo interno ou de invólucro. A integração do fole ao tubo respectivo pode ser facilmente controlada através de uma tecnologia de produção. As soldas são firmes e podem resistir a diferenças de alta pressão sem quaisquer problemas. O fole pode ser disposto na posição respectivamente ótima do tubo.

Em uma realização alternativa, o fole é integralmente formado na parede cilíndrica circular do tubo respectivo, por exemplo, através de um tratamento por rolete ou através de formação hidráulica. Desse modo, as juntas de solda não são mais necessárias.

Em uma realização vantaj osa, um tubo de invólucro forma um módulo de trocador de calor de envoltório-e-tubo com uma pluralidade de tubos internos. O fole, pelo menos um fole, pode ser disposto aproximadamente no centro longitudinal do módulo de trocador de calor com o objetivo de desenvolver sua ação compensatória de uma maneira ótima. De preferência, o fole é posicionado no tubo de invólucro de tal modo que a superfície do fole que possa estar em contato com o produto e ser orientada em direção aos tubos internos, os quais são acomodados no tubo de invólucro e podem ser lisos. É importante para uma limpeza eficiente, quando, pelo menos na superfície que pode estar em contato com o produto, a dobra tem tal extensão de superfície harmoniosa, que as condições de fluxo essencialmente turbulentas se j am promovidas, sendo que tais condições de fluxo abrangem completamente todas as reentrâncias do fole. As condições de fluxo essencialmente turbulentas oferecem a vantagem de que nenhuma zona é formada onde se teme que não somente o produto será depositado, mas também que um meio de limpeza não esteja em uma posição para desenvolver uma ação de limpeza eficiente.

De modo particularmente vantajoso, cada dobra é formada em uma seção axial do tubo interno e/ou de invólucro que é equipado com o fole e consiste em seções de curvatura que se ultrapassam continuamente. De preferência, refere-se a seções em arco circular com um raio de curvatura correspondente aproximadamente à metade da profundidade e/ou largura da dobra respectiva.

As realizações da matéria da invenção devem ser explicadas agora em mais detalhes com referência aos desenhos, nos quais: a Figura 1 é uma seção longitudinal esquematica através de um módulo de um trocador de calor de cabo e tubos exemplificativo,- a Figura 2 mostra, em uma escala ampliada, um detalhe da Figura 1 com um fole em um tubo de invólucro do módulo de trocador de calor de envoltório-e-tubo ; a Figura 3 é uma seção axial de outra realização, por exemplo, um tubo de invólucro ou um tubo interno de um módulo; a Figura 4 é uma seção axial de outra realização de um tubo de invólucro ou um tubo interno de um módulo; e - a Figura 5 é uma seção parcial de uma realização especifica de um módulo.

Cada uma das Figuras 1 e 5 ilustram um módulo M individual de um trocador de calor de envoltõrio-e-tubo W mostrado em linha tracejada, conforme é usado, por exemplo, na indústria de engarrafamento ou carga de produtos alimentícios líquidos (por exemplo, água, sucos, leite) para um guia de fluxo do produto/produto no tratamento térmico (aquecimento ou resfriamento) de um produto alimentício. No trocador de calor de envoltõrio-e-tubo W, é possível instalar uma pluralidade de módulos para obter traj etos de fluxo para o produto que é tão longo quanto possível. O módulo M pode ter um comprimento de, por exemplo, 3,0 m, 6,0 m, ou até mais.

Na Figura 1, o modulo M compreende um tubo de invólucro 1, por exemplo, de aço inoxidável, que compreende flanges de fixação com extremidade ladeada 2 para a instalação no trocador de calor de envoltório-e-tubo W. No tubo de invólucro 1, pelo menos um tubo interno 3 ê provido de modo que se estenda substancialmente de modo axial e paralelo em relação ao tubo de invólucro 1 entre os flanges de fixação 4 . Na realização da Figura 1, diversos tubos internos 3 são providos de modo que sejam combinados para formar um feixe de tubo, para que pelo menos os canais de fluxo 5, 6, 7 e 8 sejam definidos entre o tubo de invólucro 1 e os tubos internos 3 e também nos tubos internos 3, sendo que os canais 6, 7 e 8 pertencem a um fluxo primário e o canal 5 pertence a um canal de fluxo secundário. Nesses canais de fluxo, o produto alimentício está em circulação e pelo menos um traj eto de fluxo também ê aqui opcionalmente usado para um meio termo-carreador (na Figura 1, por exemplo, o tra j eto de fluxo 5) . A fim de. ser capaz de compensar expansões térmicas inevitáveis entre os tubos 1, 3, as quais são causadas por diferentes temperaturas que prevalecem nos trajetos de fluxo, um dispositivo de compensação K, o qual é configurado como um fole C com uma pluralidade de dobras F, é integrado ao tubo de invólucro 1 na realização da Figura 1 . Seria certamente possível fornecer uma pluralidade de foles C ao longo do comprimento do módulo M (por exemplo, 6,0 m ou mais) . O fole C mostrado na Figura 1 é provido no interior com uma superfície 12 que pode estar em contato com o produto no tra j eto de fluxo 5, e o fole compensa as diferentes expansões térmicas axiais do tubo de invólucro 1 em relação às expansões térmicas axiais dos tubos internos 3 através de uma operação predominantemente axial. Na Figura 5, flanges de extremidade aberta 2 são providos no tubo de invólucro 1 para a conexão de, por exemplo, o tubo internos 3, e as conexões laterais 2' são providas no tubo de invólucro 1.

Os tubos internos 3 também poderíam ser equipados com o fole C adicionalmente ou somente os tubos internos 3 ; nesse caso, um fole C em um tubo interno 3 apresenta, opcionalmente no interior e/ou exterior, uma superfície 12 que pode estar em contato com o produto. A Figura 2 mostra o fole C da Figura 1 em uma escala ampliada. O fole C é soldado com soquetes de tubo 10 de extremidade ladeada, por exemplo, cilíndricos circulares, ao tubo de invólucro 1, isto é, aqui inserido nas extremidades de seção do tubo de invólucro la, lb no interior e soldado em 11 . Alternativamente, os soquetes de tubo 10 também poderíam ser fixados no exterior sobre as extremidades de seção do tubo de invólucro la, lb e soldados. O fole C é pré-fabricado e instalado no tubo de invólucro 1 em um momento posterior. O fole C na Figura 2 é distinguido por compreender uma pluralidade de dobras relativamente largas F que são dispostas axialmente com interespaços uma após a outra, se estendem ao redor do eixo geométrico do tubo X, têm uma profundidade radial T e uma largura axial B e são similares umas às outras. A razão de B : T é de aproximadamente 1 ou é até mesmo maior, até, de preferência, aproximadamente 2 no máximo. A superfície 12 que pode estar em contato com o produto é principalmente arredondada de modo côncavo e se estende relativamente de modo harmonioso com, por exemplo, um raio de curvatura Rl, o qual pode ser aproximadamente metade da profundidade T ou da largura B.

As dobras opostas F1' são providas nos inter espaços entre as dobras axialmente separadas F; na superfície 12 que pode estar em contato com o produto, sendo que cada uma das dobras F1' têm uma seção de superfície convexa com um raio de curvatura R2' que é menor do que a metade da profundidade T ou da largura B e pode ser aproximadamente metade da largura BI da dobra F1'. O diâmetro interno do fole C é designado com d e corresponde aproximadamente ao diâmetro interno D do tubo de invólucro 1. O diâmetro externo Dl do fole C corresponde aproximadamente ao diâmetro interno d, mais duas vezes a profundidade T e mais a espessura do material do fole C. Como o tubo de invólucro 1, o fole C consiste, de preferência, em aço inoxidável. Os tubos internos 3 não são mostrados na Figura 2 . A superfície exterior 9 do fole C não entra em contato com o produto no módulo M.

Na realização da Figura 3, o fole C é integrado no interior do tubo de invólucro 1 ou no interior do tubo interno respectivo 3 . Quando o fole C é posicionado no tubo interno 3, as superfícies internas e externas 12 podem estar, então, em contato com o produto nessa instância. No fole C, uma pluralidade de dobras conformadas alternativamente para dentro e para fora e diretamente sucessivas de modo axial F, F1 são formadas; essas podem ser similares e ter curvaturas sucessivamente convexas e côncavas, vantajosamente com o raio de curvatura RI, R2 correspondente a aproximadamente metade da profundidade T. Vantaj osamente, essas são seções circulares, de preferência, semicírculos, que passam c ont i nuame n t e um dentro do outro. O diâmetro interno dl do fole C corresponde a aproximadamente o diâmetro interno d do tubo interno ou de invólucro 1, 3 ou o diâmetro externo d do mesmo, enquanto que o diâmetro externo Dl do fole corresponde aproximadamente ao diâmetro externo D mais duas vezes a profundidade T e a espessura do material. Na realização ilustrada para um tubo interno ou de invólucro 1, 3 com um diâmetro externo D de aproximadamente 7 0,0 mm, a largura B de cada dobra fica imediatamente abaixo de 10,0 mm; a profundidade T de cada dobra também é de aproximadamente 10,0 mm, e seis dobras F e cinco dobras F1 são providas através do comprimento do fole C.

Na realização da Figura 4, o diâmetro interno dl do fole C é menor do que o diâmetro interno d do tubo interno ou de invólucro 1, 3, menor, de preferência, até no máximo cerca da profundidade T, e o diâmetro externo Dl do fole C é um pouco maior do que o diâmetro externo D ou quase tão amplo quanto o diâmetro externo D. Da mesma maneira como no fole C da Figura 4, uma pluralidade de dobras F, F1 é provida em sucessão direta de modo axial alternativamente para dentro e para fora; essas dobras podem ser similares.

Na realização da Figura 4, o diâmetro externo D é aproximadamente 114,0 mm, o comprimento do fole C é aproximadamente 146,0 mm, a profundidade T é aproximadamente 12,0 mm e a largura B ê aproximadamente 11,0 mm.

Em cada realização, a razão B : T da dobra F, F1 é escolhida como aproximadamente 1, 0 ou maior, de preferência até no máximo aproximadamente 2,0. A razão pode ser um pouco menor do que 1, porém, de preferência, sempre mais do que 0,9.

As realizações preferenciais têm diâmetros de invólucro de até 25 0 mm. Também pode haver formatos com diâmetros maiores.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. TROCADOR DE CALOR DE ENVOLTÓRIO-E-TUBO,o qual compreende um tubo de invólucro (1) e pelo menos um tubo interno (3) para o tratamento de produtos alimentícios líquidos, particularmente produtos com baixa viscosidade, como sucos ou leite, também com um guia de fluxo do produto/produto, sendo que compreende pelo menos um dispositivo de compensação de termo-expansão (K) para tubo interno e/ou de invólucro (1, 3) , em que o dispositivo de compensação (K) tem, disposto no mesmo, pelo menos uma superfície (12) que pode estar em contato com o produto a ser tratado, caracterizado pelo fato de que, em pelo menos um fole (C) integrado no tubo interno e/ou de invólucro (1, 3), a superfície (12) que pode estar em contato com o produto é dotada de uma pluralidade de dobras relativamente largas (Fl, F) que se estendem ao redor do eixo geométrico do tubo (X) e apresentam uma seção transversal arredondada, e em que à dobra respectiva (F, Fl) é configurada na superfície (12) que pode estar em contato com o produto com uma profundidade radial (T) e uma largura axial com uma razão de B : T de aproximadamente 1 ou mais e pode ser, portanto, limpa de uma maneira higienicamente irreprovãvel.

2. TROCADOR DE CALOR DE ENVOLTÓRIO-E-TUBO,de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a razão de b : t, pelo menos na superfície (12) que pode estar em contato com o produto, fica compreendida na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 2.

3. TROCADOR DE CALOR DE ENVOLTÓRIO-E-TUBO,de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de dobras pelo menos substancial mente similares, conformadas de modo alternativo para dentro e para fora e diretamente sucessivas axialmente (F, Fl) é provida com a razão de B : T de aproximadamente 1 ou mais, de preferência, até seis ou mais dobras (F, Fl) que são, de preferência, arredondadas de modo convexo para o exterior.

4. TROCADOR DE CALOR DE ENVOLTÓRIO-E-TUBO,de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de dobras relativamente amplas (F) , as quais são axialmente sucessivas com interespaços e substancialmente de um tipo similar, é provida para dentro ou para fora e elas são formadas na superfície (12) que pode estar em contato com o produto com a razão B : T de aproximadamente 1 ou mais, e em que dobras mais estreita (Fl') são providas nos interespaços, sendo que as dobras mais estreitas (Fl') são configuradas com uma razão de BI : T de menos do que 1.

5. TROCADOR DE CALOR DE ENVOLTÓRIO-E-TUBO,de acordo com pelo menos uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o diâmetro interno (dl) do fole (C) tem um tamanho que fica entre aproximadamente o diâmetro interno (d) do tubo interno ou de invólucro (1, 3) , incluindo o fole e o diâmetro interno (d) menos a profundidade (T).

6. TROCADOR DE CALOR DE ENVOLTÓRIO-E-TUBO, de acordo com pelo menos uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o fole (C) compreende soquetes de tubo cilíndricos substancialmente circulares (10) que são soldados ao tubo interno ou de invólucro (3, 1) e que são inseridos em ou sobre as extremidades de seção do tubo interno ou tubo de invólucro (la, lb) .

7 . TROCADOR DE CALOR DE ENVOLTÓRIO-E-TUBO,de acordo com pelo menos uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o fole (C) é formado por um tratamento por rolete ou através de formaçao hidráulica integralmente na parede cilíndrica por si só circular do tubo interno e/ou de invólucro (3, 1).

8 . TROCADOR DE CALOR DE ENVOLTÓRIO-E-TUBO, de acordo com pelo menos uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o tubo de invólucro (1) forma um módulo de trocador de calor (M) com uma pluralidade de tubos internos (3) , e em que o fole ê disposto aproximadamente no centro longitudinal do módulo de trocador de calor (M) , de preferência, no tubo de invólucro (1) e com a superfície (12) , a qual é orientada em direção aos tubos internos (3) e pode estar em contato com o produto, em dobras relativamente largas (F, Fl) com a razão de B : T de aproximadamente 1 ou mais.

9 . TROCADOR DE CALOR DE ENVOLTÓRIO-E-TUBO,de acordo com pelo menos uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de que, na superfície (12) que pode estar em contato com o produto, a dobra (F, Fl) tem uma extensão de superfície harmoniosa que promove condições de f luxo substancialmente turbulentas de tal modo que o f luxo abranja todas as profundidades do fole.

10 . TROCADOR DE CALOR DE ENVOLTÓRIO-E-TUBO,de acordo com pelo menos uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que cada dobra (F, Fl) é formada em uma seção axial do tubo interno ou de invólucro (3, 1) de seções de curvatura que passam continuamente uma pela outra, de pref erênc ia, de seções em arco circular com um raio de curvatura (RI, R2, R2') correspondente a aproximadamente metade da profundidade (T) e/ou largura (B).