ES2950575T3 - Una junta y un intercambiador de calor tubular que usa dicha junta - Google Patents

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Abstract

Un sello (200) que comprende una primera porción (202) que tiene un primer ancho (E) que se extiende en una dirección radial (DR) del sello (200), una segunda porción (204) que está unida con la primera porción (202) y que tiene un segundo ancho (C) que es menor que el primer ancho (E), y un primer rebajo (218) que está ubicado en la primera porción (202) para reducir una expansión del ancho de la primera porción (202) cuando el sello (200) se comprime en una dirección axial (AR) del sello (200). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Una junta y un intercambiador de calor tubular que usa dicha junta
CAMPO TÉCNICO
La invención se refiere, en general, a juntas y a intercambiadores de calor tubulares que usan dichas juntas. Más particularmente, está relacionada con juntas e intercambiadores de calor tubulares dispuestos para cumplir los estrictos requisitos de higiene para aplicaciones de procesamiento de alimentos líquidos.
TÉCNICA ANTERIOR
Los intercambiadores de calor tubulares se usan en diferentes campos de la industria del procesamiento de alimentos. Por ejemplo, es un enfoque común usar intercambiadores de calor tubulares para el tratamiento térmico de la leche, en particular leche UHT (temperatura ultra alta). Un motivo para esto es que una estructura general de los intercambiadores de calor tubulares permite tiempos de funcionamiento más largos en comparación con, por ejemplo, los intercambiadores de calor de placas. Esto es debido a, por ejemplo, que la estructura general de los intercambiadores de calor tubulares proporciona que estos sean menos afectados por la incrustación que los intercambiadores de calor de placas. Otra ventaja con los intercambiadores de calor tubulares es que se pueden usar regenerativamente, es decir, que tienen leche de entrada fría en una sección y lecha calentada que debe ser enfriada entrando en otra sección, de forma que puede tener lugar un intercambio de calor, dando como resultado que la leche que entra se calienta y la leche tratada térmicamente que sale se enfría, que a su vez proporciona una elevada eficiencia energética. Es todavía una ventaja con el uso de los intercambiadores de calor tubulares en las aplicaciones de procesamiento de alimentos que los productos alimenticios con, por ejemplo, fibras se pueden procesar eficientemente. Los motivos para esto es que la estructura del intercambiador de calor tubular proporciona un flujo de producto con algunos pasajes muy estrechos en comparación con, por ejemplo, un intercambiador de calor de placas.
Aun cuando una estructura global del intercambiador de calor tubular proporcione muchas ventajas, estas solo se pueden lograr si diferentes componentes de los intercambiadores de calor tubulares cumplen normas estrictas. Dicho de otra forma, para ser capaces de garantizar un cierto tiempo de operación para un producto particular, todos los componentes del intercambiador de calor deben cumplir las normas requeridas de fiabilidad y calidad.
Algunos de varios componentes en los intercambiadores de calor tubulares son juntas. Las juntas se deben fabricar de materiales que puedan resistir a los productos químicos y al estrés físico causado por la presión, el producto en sí, la interacción con componentes con los que las juntas están fijados, etc. Además, en las aplicaciones de procesamiento de alimentos, las juntas no deben liberar sustancias perjudiciales ni ser rasgadas de forma que partes de las juntas terminen en el producto alimenticio que pasa a través del intercambiador de calor.
Cierto estado de la técnica relevante se refleja por los documentos de patente DE102016105047A1, DE10311529B3 y EP2899434A1.
Las juntas usadas hoy en día en intercambiadores de calor tubulares son seguras para los alimentos y la mayoría de las veces no causan muchas interrupciones no deseadas de la producción. Sin embargo, para reducir aún más cualquier posible interrupción, existe una necesidad de juntas mejoradas para que sean usadas en los intercambiadores de calor tubulares, que tiene como objetivo mejorar más el funcionamiento global de los intercambiadores de calor tubulares.
SUMARIO
Es un objeto de la invención lograr al menos parcialmente una mejora del estado de la técnica anteriormente identificado. En particular, es un objeto proporcionar una junta para un intercambiador de calor tubular que pueda proporcionar largos tiempos de funcionamiento.
Según un primer aspecto, se proporciona una junta que comprende una primera porción que tiene una primera anchura que se extiende en una dirección radial de la junta, una segunda porción que está unida con la primera porción y que tiene una segunda anchura que es más pequeña que la primera anchura, y una primera cavidad que está localizada en la primera porción para reducir una expansión de la anchura de la primera porción cuando la junta se comprime en una dirección axial de la junta.
La junta comprende, en secuencia, una sección lateral superior, una sección lateral exterior, una primera sección lateral inferior, una primera sección lateral interior, una segunda sección lateral inferior y una segunda sección lateral interior que une la sección lateral superior y está configurada para estar orientada a un producto cuando la junta está dispuesta para proporcionar sellado entre dos componentes, en donde la primera cavidad forma una cavidad en la sección lateral superior. La junta también comprende un primer saliente que está dispuesto sobre la sección lateral superior. Además, la junta comprende un segundo saliente que está dispuesto sobre la sección lateral superior, en una localización más alejada de la segunda sección lateral interior que el primer saliente. La junta comprende además una segunda cavidad que está localizada en la primera porción para formar una cavidad en la sección lateral superior. El segundo saliente se extiende por encima del primer saliente en la dirección axial, y el primer saliente y el segundo saliente son los únicos salientes en la sección lateral superior.
Además, la junta puede comprender una tercera cavidad que está localizada entre la primera y segunda porciones para formar una cavidad en la sección lateral exterior.
Además, la junta puede comprender una superficie achaflanada que une la primera sección lateral inferior y la primera sección lateral interior.
Además, la junta puede comprender una primera sección plana que está dispuesta en la sección lateral exterior, en una localización donde la sección lateral superior se une con la sección lateral exterior.
La junta también puede comprender una segunda sección plana que está dispuesta sobre la primera sección lateral inferior, en una localización donde la sección lateral exterior se une con la sección lateral inferior. La segunda sección plana puede tener una longitud que es la mitad de una longitud de la primera sección lateral inferior. La segunda cavidad puede tener una longitud que es la mitad de una longitud de la sección lateral superior. La longitud de la segunda sección plana puede ser más corta que la longitud de la segunda cavidad.
La junta puede ser una junta higiénica para aplicaciones de procesamiento de alimentos.
Según un segundo aspecto, se proporciona un intercambiador de calor tubular que comprende una junta según el primer aspecto.
La junta se puede disponer con la segunda sección lateral interior orientada a un canal de flujo de producto.
La junta se puede disponer entre un primer elemento y un segundo elemento del intercambiador de calor tubular, el segundo elemento comprende una cavidad, y la segunda porción de la junta está localizada en la cavidad del segundo elemento.
El primer elemento puede comprender un paquete de tubos y el segundo elemento puede ser una brida.
Todavía otros objetivos, características, aspectos y ventajas de la invención surgirán de la siguiente descripción detallada, así como de los dibujos.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LOS DIBUJOS
Las realizaciones de la invención se describirán ahora, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos, en los que
La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un intercambiador de calor tubular.
La Fig. 2a es una vista en sección transversal de una junta según una primera realización.
La Fig. 2b es una vista desde arriba de la junta según la primera realización.
La Fig. 3a es una vista en sección transversal de una junta según una segunda realización.
La Fig. 3b es una vista desde arriba de la junta según la segunda realización.
La Fig. 4 es una vista en sección transversal de una junta dispuesta entre un primer y un segundo elemento. DESCRIPCIÓN DETALLADA
Con referencia a la Fig. 1, se ilustra un intercambiador de calor tubular 100. El intercambiador de calor tubular 100 es una pieza bien conocida del equipo para procesar un producto alimenticio líquido. El intercambiador de calor tubular 100 está provisto de tuberías internas 107 que discurren en el interior de una tubería externa 108 que forma una carcasa para las tuberías internas 107. En general, el producto alimenticio líquido se mantiene en el interior de las tuberías internas y el agua caliente o cualquier otro medio de transferencia de calor se mantiene en un lado de la carcasa, es decir, en un espacio que rodea las tuberías internas. Sin embargo, en caso de que el intercambiador de calor tubular se haga funcionar regenerativamente, el producto entrante se puede mantener en el interior de las tuberías internas y el producto saliente se puede mantener fuera de las tuberías internas en el lado de la carcasa. En algunos intercambiadores de calor tubulares, varias tuberías internas se agrupan en un paquete de tubos 102. Una ventaja de este enfoque modular es que el intercambiador de calor tubular 100 puede adaptarse fácilmente para cumplir demandas específicas de un producto particular. Para mantener las tuberías internas en su lugar, se pueden usar soportes. Otra opción es aplicar una tensión sobre las tuberías internas usando una batería de muelles de manera que se forme una tensión que mantiene las tuberías internas en su lugar en la dirección vertical.
Para conectar los diferentes tubos internos entre sí, el paquete de tubos 102 se puede conectar por una brida 104 a una tubería flexionada 106 de forma que el producto alimenticio mantenido en las tuberías internas pueda ser enviado hacia adelante y hacia detrás en el intercambiador de calor tubular hasta que se haya logrado el tratamiento térmico deseado. Entre el paquete de tubos 102 y la brida 104 se puede poner una junta para asegurar un ajuste hermético entre los dos.
La Fig. 2a ilustra una vista en sección transversal de una junta 200 según una primera realización que se puede usar para proporcionar el ajuste hermético entre el paquete de tubos 102 y la brida 104, o entre otros componentes del intercambiador de calor tubular 100. La Fig. 2b ilustra la junta 200 vista desde arriba.
La junta 200 tiene forma de anillo, y así define una dirección radial DR y una dirección axial AR. En general, la junta 200 puede comprender una primera porción 202 dispuesta para colocarse entre el paquete de tubos 102 y la brida 104, y una segunda porción 204 dispuesta para colocarse en una cavidad en, por ejemplo, la brida 104. Como se ilustra en la Fig. 2, la primera porción 202 se puede proveer de una primera anchura E que es más pequeña que una anchura C de la segunda porción 204. Aun cuando se hace referencia a la primera porción 202 y la segunda porción 204 de la junta 200, se debe observar que esto se hace para fines ilustrativos, y la junta 200 normalmente se va a fabricar de una pieza, de cualquier material convencional que sea adecuado para ser usado en aplicaciones de procesamiento de alimentos. En el presente documento, una "anchura" se extiende, en general, en la dirección radial DR, mientras que una "altura" se extiende, en general, en la dirección axial AR.
Más con detalle, la junta 200 puede comprender, en secuencia, una sección lateral superior 208, una sección lateral exterior 210, una primera sección lateral inferior 212, una primera sección lateral interior 214, una segunda sección lateral inferior 216 y una segunda sección lateral interior 206 que se une con la sección lateral superior 208. Cuando están instalada entre el paquete de tubos 102 y la brida 104, la segunda sección lateral interior 206 está dispuesta para estar orientada a un producto proporcionado en un canal de producto P (véanse las Fig. 1 y 4 para el canal de producto P). En el presente documento, un "lado superior" se refiere, en general, a un lado que está opuesto a "un lado inferior". Un "lado exterior" se refiere, en general, a un lado que es opuesto a un "lado interno". El "lado externo" está normalmente más alejado en la dirección radial en comparación con el "lado interno", al menos para todos los que se localizan en la misma altura axial.
Durante el funcionamiento, la junta 200 se puede exponer a presión del producto, y en particular a presión del paquete de tubos 102 y la brida 104, o cualesquiera otros dos componentes entre los que se sujete la junta 200. Además de estar expuesta a la presión, la junta 200 puede hincharse debido a una interacción con el producto, que a su vez afecta a la junta 200. Además, debido a un aumento o disminución de la temperatura, la junta 200 puede expandirse o contraerse, que a su vez también afectará a la junta 200. Para proporcionar que la junta 200 cumpla su fin de proporcionar un ajuste hermético y sea capaz de resistir a los efectos causados por la presión, el hinchamiento, las variaciones de temperatura, etc., se proporciona una primera cavidad 218 en la primera sección 202.
Al tener la primera cavidad 218, es posible que la junta 200 se expanda hacia arriba, que tiene un efecto positivo en que una expansión de la anchura de la primera sección 202 se puede reducir. Esto proporciona a su vez que se pueda reducir el riesgo de que la primera sección 202 sea empujada en el canal de producto P. El evitar esto es beneficioso debido a que, si una parte de la junta 200 es empujada en el canal de producto P, existe un riesgo de que la parte de la junta 200 sea rasgada, que reducirá la capacidad de la junta 200 para proporcionar el ajuste hermético y también proporcionar un riesgo de que la parte de la junta 200 termine en un producto alimenticio final.
Otra desventaja de haber empujado la junta 200 dentro del canal de producto es un riesgo de los residuos de alimentos se acumulen más fácilmente. El interior de un canal de producto P está diseñado preferentemente para ser liso con el fin de reducir el riesgo de que se acumulen los residuos de alimentos.
Además de la primera cavidad 218, una segunda cavidad 220 se puede poner en la sección lateral superior 208. Además, la sección lateral exterior 210 se puede proveer de una tercera cavidad 222. Esta tercera cavidad 222 puede extenderse, como se ilustra, por encima de tanto la primera como la segunda porciones 202, 204. Además, se puede proporcionar una superficie achaflanada 224 que une la primera sección lateral inferior 212 y la primera sección lateral interior 214. Todo esto contribuye a reducir la expansión de la anchura de la primera porción 202.
Para proporcionar que el producto del canal de producto P se mantenga dentro, se puede proporcionar un primer saliente 226 en la sección lateral superior 208. Al tener el primer saliente 226 se puede reducir el riesgo de que el producto entre en la primera cavidad 218.
Para proporcionar un respaldo para el primer saliente 226, así como proporcionar que la junta 200 en conjunto se asegure de forma segura para proporcionar el ajuste hermético, se puede proporcionar un segundo saliente 228 en la sección lateral superior 208. Como se ilustra, el primer saliente 226 se puede proporcionar próximo a la segunda sección lateral interior 206 y el segundo saliente 228 se puede poner en una localización más alejada de la segunda sección lateral interior 206 que el primer saliente 226, por ejemplo, entre la primera cavidad 218 y la segunda cavidad 220.
Para asegurar que se logra el ajuste hermético cuando la junta se sujeta entre un primer y un segundo elemento 434, 436, como se ilustra además en la Fig. 4, por ejemplo el paquete de tubos 102 y la brida 104, la junta 200 se puede diseñar de forma que el segundo saliente 228 sobresalga por encima del primer saliente 226 en la dirección axial AR. Dicho de otra forma, una distancia D que se extiende en un punto más bajo de la primera sección lateral inferior 212 y una parte superior del segundo saliente 228 puede ser superior a una distancia A que es una longitud (altura) de la segunda sección lateral interior 206, combinada con una distancia B, que es una longitud (altura) de la primera sección lateral interior 214. Al tener el diseño de la junta 200 hecho de esta forma, una parte de la junta 200 dispuesta debajo del segundo saliente 228 se comprimirá antes de que una parte de la junta 200 puesta debajo del primer saliente 226 se comprima cuando la junta 200 se sujeta entre el primer y el segundo elementos 434, 436. Una ventaja de esto es que se puede lograr una compresión controlada de la junta 200. Más específicamente, es una ventaja que la segunda sección lateral interior 206 pueda ser menos afectada, que a su vez proporciona que se pueda lograr una superficie sustancialmente plana de la segunda sección lateral interior 206 cuando la junta 200 se sujeta entre el primer y el segundo elementos 434, 436, como se ilustra en la Fig. 4.
Para asegurar que la junta 200 se monte correctamente antes de sujetar la junta 200, una primera sección plana 230 se puede proporcionar en una localización donde la sección lateral superior 208 se une con la sección lateral exterior 210. Además, o alternativamente, para el mismo fin, una segunda sección plana 232 se puede proporcionar en la primera sección lateral inferior 212.
Además, para proporcionar el ajuste hermético, la segunda sección plana 232 puede tener una longitud C' que es la mitad de una longitud C de la primera sección lateral inferior 212. La segunda cavidad 220 puede tener una longitud E' que es inferior a la mitad de una longitud E de la sección lateral superior 208. La longitud C' de la segunda sección plana 232 puede ser más corta que la longitud E' de la segunda cavidad 220.
La Fig. 3a ilustra una vista en sección transversal de una junta 300 y la Fig. 3b ilustra la junta 300 vista desde arriba según una segunda realización que también se puede usar para proporcionar el ajuste hermético entre el paquete de tubos 102 y la brida 104 como la primera realización, pero provisto de una geometría diferente.
Como la primera realización ilustrada en Fig. 2a y 2b, la junta 300 puede comprender una primera y una segunda porción 302, 304, en donde la primera porción 302 puede tener una anchura E que es mayor que una anchura C de la segunda porción 304. Además, similar a la junta 200 ilustrada en la Fig. 2a y 2b, la junta 300 puede comprender, en secuencia, una sección lateral superior 308, una sección lateral exterior 310, una primera sección lateral inferior 312, una primera sección lateral interior 314, una segunda sección lateral inferior 316 y una segunda sección lateral interior 306 que se une con la sección lateral superior 308.
Además, se puede proporcionar una primera cavidad 318 para reducir una expansión de la anchura de la primera porción 302, que ofrece las mismas ventajas que se describen con referencia a la Fig. 2a y 2b. También en línea con la Fig. 2a y 2b, la junta 300 se puede proveer de una segunda cavidad 320, una tercera cavidad 322, una superficie achaflanada 324, un primer saliente 326, un segundo saliente 328, una primera sección plana 330 y una segunda sección plana 332.
La Fig. 4 ilustra una vista en sección transversal de una junta 400 dispuesta en posición entre el primer elemento 434 y el segundo elemento 436 del intercambiador de calor tubular 100 a modo de ejemplo. Las juntas 200, 300, 400 tienen la misma forma principal y comparten las mismas características y ventajas asociadas.
Como las juntas 200, 300 previamente tratadas, la junta 400 puede comprender una primera porción 402 y una segunda porción 404. La segunda porción 404 se puede poner en una cavidad 438 del segundo elemento 436.
Además, la junta 400 puede comprender, en secuencia, una sección lateral superior 408, una sección lateral exterior 410, una primera sección lateral inferior 412, una primera sección lateral interior 414, una segunda sección lateral inferior 416 y una segunda sección lateral interior 406 que se une con la sección lateral superior 408. Además, se puede proporcionar una primera cavidad 418 para reducir una expansión de la anchura de la primera porción 402 como se ha descrito anteriormente. Aún más, la junta 400 se puede proveer de una segunda cavidad 420, una tercera cavidad 422, una superficie achaflanada 424, un primer saliente 426, un segundo saliente 428, una primera sección plana 430 y una segunda sección plana 432.
A diferencia de las juntas 200, 300 ilustradas en las Fig. 2a, 2b, 3a y 3b, la junta 400 ilustrada en la Fig. 4 se comprime, es decir, es sujetada entre el primer y segundo elementos 434, 436 de forma que ocurra una deformación. Cuando se sujeta la junta 200 de esta forma se cambia la geometría de la junta 400. Por ejemplo, como se ilustra en la Fig. 4, debido a la presión ejercida por el primer y segundo elementos 434, 436, la primera cavidad 418 ya no puede estar presente. Similarmente, la segunda cavidad 420 ya no puede estar presente. En el ejemplo ilustrado en la Fig. 4, la tercera cavidad 422 está todavía presente, pero reducida. De una manera similar, la superficie achaflanada 424 ha sido movida hacia paredes internas de la cavidad 438 debido a la presión ejercida por el primer y segundo elementos 434, 436. Los salientes 418, 428 están aplanados.
Cuando está sin comprimir, la junta 400 tiene la misma forma principal que las juntas 200, 330. Las juntas 200, 300 se comprimirán al igual que la junta 400 cuando se sujete entre los dos componentes. En realidad, las juntas 300 y 400 normalmente son idénticas, es decir, la Fig. 4 muestra la junta 300 cuando está comprimida.
La segunda sección lateral interior 406 puede estar orientada, como se ha descrito anteriormente, a un canal de producto P. Para proporcionar que los residuos de alimentos no se acumulen y den como resultado problemas de seguridad alimentaria, la muesca en el canal de producto P causada por la junta 400 es preferentemente tan poco profunda como sea posible. En el ejemplo ilustrado en la Fig. 4 se puede observar que una línea 440 que representa una extensión de una pared interna del canal de producto P no coincide con la segunda sección lateral interior 406, lo que implica así que existe un desplazamiento entre la segunda sección lateral interior 406 de la junta 400 y la pared interna del canal de producto P. Sin embargo, al ser capaces de reducir la expansión de la anchura de la primera porción 402, este desplazamiento se puede hacer relativamente pequeño, que tiene la ventaja de que el riesgo de acumulación de residuo de alimento se puede mantener bajo y, como se ha descrito anteriormente, en caso de que la junta 400 sobresalga dentro del canal de producto P, el riesgo de que la junta 400 se desgarre.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1.Una junta (200) que comprende
una primera porción (202) que tiene una primera anchura (E) que se extiende en una dirección radial (DR) de la junta (200),
una segunda porción (204) que se une con la primera porción (202) y que tiene una segunda anchura (C) que es más pequeña que la primera anchura (E), y
una primera cavidad (218) que está localizada en la primera porción (202) para reducir una expansión de la anchura de la primera porción (202) cuando la junta (200) se comprime en una dirección axial (AR) de la junta (200), en donde la junta comprende, en secuencia,
una sección lateral superior (208),
una sección lateral exterior (210),
una primera sección lateral inferior (212),
una primera sección lateral interior (214),
una segunda sección lateral inferior (216) y
una segunda sección lateral interior (206) que se une con la sección lateral superior (208) y está configurada para estar orientada a un producto cuando la junta (200) está dispuesta para proporcionar sellado entre dos componentes (434, 436), en donde la primera cavidad (218) forma una cavidad en la sección lateral superior (208), y
un primer saliente (226) que está dispuesto sobre la sección lateral superior (208), un segundo saliente (228) que está dispuesto sobre la sección lateral superior (208), en una localización más alejada de la segunda sección lateral interior (206) que el primer saliente (226) y una segunda cavidad (220) que está localizada en la primera porción (202) para formar una cavidad en la sección lateral superior (208), caracterizada por
el segundo saliente (228) que se extiende por encima del primer saliente (226) en la dirección axial (AR), y siendo el primer saliente (226) y el segundo saliente (228) los únicos salientes en la sección lateral superior (208).
2. La junta (200) según la reivindicación 1, que comprende una tercera cavidad (222) que está localizada en la primera (202) y segunda (204) porciones para formar una cavidad en la sección lateral exterior (210).
3. La junta (200) según la reivindicación 1 o 2, que comprende una superficie achaflanada (224) que une la primera sección lateral inferior (212) y la primera sección lateral interior (214).
4. La junta (200) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende una primera sección plana (230) que está dispuesta en la sección lateral exterior (210), en una localización donde la sección lateral superior (208) se une con la sección lateral exterior (210).
5. La junta (200) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende una segunda sección plana (232) que está dispuesta en la primera sección lateral inferior (212), en una localización donde la sección lateral exterior (210) se une con la sección lateral inferior (212), y tiene una longitud (C') que es la mitad de una longitud (C) de la primera sección lateral inferior (212).
6. La junta (200) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la junta (200) es una junta higiénica para aplicaciones de procesamiento de alimentos.
7. Un intercambiador de calor tubular (100) que comprende una junta (200) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
8. El intercambiador de calor tubular (100) según la reivindicación 7, en donde la junta (200) está dispuesta con la segunda sección lateral interior (206) orientada a un canal de flujo de producto (P) del intercambiador de calor tubular (100).
9. El intercambiador de calor tubular (100) según la reivindicación 7 u 8, en donde
la junta (200) está dispuesta entre un primer elemento (434) y un segundo elemento (436) del intercambiador de calor tubular (100),
el segundo elemento (436) comprende una cavidad (438), y
la segunda porción (204) de la junta (200) está localizada en la cavidad (438) del segundo elemento (436).
10. El intercambiador de calor tubular (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en donde el primer elemento (434) comprende un paquete de tubos (102) y el segundo elemento (436) es una brida (104).
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