ITMI20060399A1

ITMI20060399A1 - HEAT EXCHANGER DEVICE FOR THE TREATMENT OF LIQUID FOOD MIXTURES

Info

Publication number: ITMI20060399A1
Authority: IT
Inventors: Genesio Bravo; Stefano Bravo
Original assignee: Bravo Spa
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2007-09-07

Description

Titolo: "Dispositivo scambiatore di calore per il trattamento di miscele liquide alimentari." Title: "Heat exchanger device for the treatment of liquid food mixtures."

La invenzione si riferisce ad un i The invention refers to an i

scambiatore di calore per il trattamento di miscele liquide alimentari, in particolare per la produzione di gelato. heat exchanger for the treatment of liquid food mixtures, in particular for the production of ice cream.

Macchine per la produzione di gelato cosiddetto soft, come pure macchine per la produzione di gelato semi ndustriale, richiedono di eseguire su una miscela liquida alimentare trattamenti di raffreddamento e/o di riscaldamento, preferibilmente eseguiti in tempi rapidi e su ridotte quantità di liquidi. Machines for the production of so-called soft ice cream, as well as machines for the production of semi-industrial ice cream, require cooling and / or heating treatments to be carried out on a liquid food mixture, preferably performed quickly and on small quantities of liquids.

Lo scambiatore oggetto della presente invenzione è particolarmente applicabile in macchine per la produzione di gelato cosiddetto soft, quale ad esempio quella della copendente domanda di brevetto depositata a nome Bravo S.p.A in pari data con il titolo "Apparato per la produzione di gelato cosiddetto soft e procedimento di alimentazione di una relativa miscela". In tale apparato lo scambiatore è utilizzato per raffreddare rapidamente una miscela liquida al termine del procedimento di pastorizzazione. The exchanger object of the present invention is particularly applicable in machines for the production of so-called soft ice cream, such as that of the copending patent application filed in the name of Bravo S.p.A on the same date with the title "Apparatus for the production of so-called soft ice cream and procedure feeding of a relative mixture ". In this apparatus, the exchanger is used to rapidly cool a liquid mixture at the end of the pasteurization process.

Inoltre, lo scambiatore oggetto della presente invenzione potrebbe essere applicabile anche per il riscaldamento di una miscela liquida in macchine omogeneizzatrici per la produzione di gelato semiindustriale o altro. Furthermore, the exchanger object of the present invention could also be applicable for heating a liquid mixture in homogenizing machines for the production of semi-industrial or other ice cream.

Gli scambiatori a piastre o a tubi concentrici, di tipo noto, presentano numerosi inconvenienti tecnici legati ad una notevole complessità di costruzione, che li rende difficilmente ispezionabili e pulibili. Inoltre, se impiegati come raffreddatori, presentano notevoli problematiche relative alla formazione di ghiaccio che rischia di bloccare il flusso di liquidi. Altri scambiatori di tipo noto, quali quelli provvisti di un mescolatore a pale, pur essendo costruttivamente semplici e facilmente pulibili, risultano essere troppo lenti a causa del mescolamento e dell'inerzia termica del liquido. The known type plate or concentric tube exchangers have numerous technical drawbacks linked to a considerable construction complexity, which makes them difficult to inspect and clean. Furthermore, if used as coolers, they present considerable problems relating to the formation of ice which risks blocking the flow of liquids. Other known type exchangers, such as those provided with a paddle mixer, although constructively simple and easy to clean, are too slow due to the mixing and thermal inertia of the liquid.

Scopo generale della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo scambiatore di calore per il trattamento di miscele liquide alimentari ad elevato rendimento, estremamente semplice, economico e particolarmente funzionale. The general purpose of the present invention is to provide an extremely simple, economical and particularly functional heat exchanger device for the treatment of liquid food mixtures with high efficiency.

Altro scopo è quello di realizzare un dispositivo scambiatore di calore per il trattamento di miscele liquide alimentari adatto al funzionamento con piccole portate oppure con piccole potenze, essendo queste due inversamente proporzionale tra di loro. In vista degli scopi suddetti, secondo la presente invenzione, si è pensato di realizzare un dispositivo scambiatore di calore per il trattamento di miscele liquide alimentari, avente le caratteristiche esposte nelle rivendicazioni allegate. Another object is to provide a heat exchanger device for the treatment of liquid food mixtures suitable for operation with small flow rates or with small powers, these two being inversely proportional to each other. In view of the aforementioned purposes, according to the present invention, it has been thought to provide a heat exchanger device for the treatment of liquid food mixtures, having the characteristics set out in the attached claims.

Le caratteristiche strutturali e funzionali della presente invenzione ed i suoi vantaggi nei confronti della tecnica conosciuta risulteranno ancora più chiari ed evidenti da un esame della descrizione seguente, riferita ai disegni allegati, che mostrano un dispositivo scambiatore di calore per il trattamento di miscele liquide alimentari realizzato secondo i principi innovativi dell'invenzione stessa. Nei disegni: The structural and functional characteristics of the present invention and its advantages with respect to the known technique will become even more clear and evident from an examination of the following description, referring to the attached drawings, which show a heat exchanger device for the treatment of liquid food mixtures made according to the innovative principles of the invention itself. In the drawings:

la figura 1 mostra, parzialmente in sezione, un dispositivo scambiatore di calore per il trattamento di miscele liquide alimentari oggetto della presente invenzione; Figure 1 shows, partially in section, a heat exchanger device for the treatment of liquid food mixtures object of the present invention;

la figura 2 mostra il rotore di figura 1. figure 2 shows the rotor of figure 1.

Con riferimento alla figura 1, un dispositivo scambiatore di calore per il trattamento di miscele liquide alimentari in oggetto è complessivamente indicato con 30, e nell'esempio illustrato, secondo la presente invenzione, comprende una camera cilindrica 31 avvolta da mezzi di scambio termico 32 ed un rotore cilindrico 33 avente diametro esterno sostanzialmente pari al diametro interno della camera cilindrica 31 e recante una cava, o scanalatura, elicoidale 34 sulla superficie esterna. With reference to Figure 1, a heat exchanger device for the treatment of liquid food mixtures in object is indicated as a whole with 30, and in the illustrated example, according to the present invention, comprises a cylindrical chamber 31 surrounded by heat exchange means 32 and a cylindrical rotor 33 having an external diameter substantially equal to the internal diameter of the cylindrical chamber 31 and having a helical cavity, or groove 34 on the external surface.

La cava elicoidale 34 del rotore 33, come mostrato nel particolare di figura 2, presenta in ogni punto una sezione rettangolare per realizzare, in accoppiamento con la camera cilindrica 31, una spira di liquido di sezione rettangolare, in cui uno dei due lati più lunghi è a contatto diretto con la parete della camera cilindrica 31 per lo scambio termico. La cava elicoidale 34 può essere, ad esempio, tornita come elica a passo breve su un cilindro in bronzo, adatto agli usi alimentari, o altro materiale compatibile, realizzato come cilindro cavo o pieno, a seconda delle esigenze. The helical groove 34 of the rotor 33, as shown in the detail of figure 2, has a rectangular section at each point to form, in coupling with the cylindrical chamber 31, a liquid loop with a rectangular section, in which one of the two longer sides it is in direct contact with the wall of the cylindrical chamber 31 for heat exchange. The helical groove 34 can be, for example, turned as a short pitch helix on a bronze cylinder, suitable for food uses, or other compatible material, made as a hollow or solid cylinder, according to requirements.

La scelta della dimensione della cava 34 dipende dalla portata desiderata come anche la velocità di rotazione del rotore 33 onde evitare un fenomeno di moto idraulico a canaletta, in cui vi sia solo una parte del rotore 33 riempita di liquido e la restante parte di aria. The choice of the size of the slot 34 depends on the desired flow rate as well as the rotation speed of the rotor 33 in order to avoid a phenomenon of hydraulic channel motion, in which there is only a part of the rotor 33 filled with liquid and the remaining part with air.

La lunghezza e il diametro del rotore 33 invece sono scelti in base alla potenza che si vuole erogare, essendo queste due variabili direttamente collegate con la superficie di scambio. The length and diameter of the rotor 33, on the other hand, are chosen on the basis of the power to be delivered, since these two variables are directly connected with the exchange surface.

Il rotore 33 comprende ad una estremità un albero di trascinamento 36, provvisto di un anello di tenuta 37 che realizza una tenuta rotante sulla camera cilindrica 31. The rotor 33 comprises at one end a drive shaft 36, provided with a sealing ring 37 which makes a rotating seal on the cylindrical chamber 31.

All'estremità opposta il rotore 33 comprende una superficie di battuta 38 contro una flangia di chiusura 39 della camera cilindrica 31, che realizza la tenuta mediante guarnizioni 37'. At the opposite end, the rotor 33 comprises an abutment surface 38 against a closing flange 39 of the cylindrical chamber 31, which makes the seal by means of gaskets 37 '.

L'ingresso e l'uscita della miscela lìquida nel dispositivo scambiatore di calore 30, oggetto della presente invenzione, nella realizzazione esemplificativa e non limitativa mostrata in figura 1, avvengono rispettivamente mediante un condotto di ingresso 17 posto ad una prima estremità della camera cilindrica 31, ed in particolare sulla sommità della stessa e mediante un secondo condotto di uscita 35 posto all'estremità opposta in una porzione di fondo della camera cilindrica 31. The inlet and outlet of the liquid mixture in the heat exchanger device 30, object of the present invention, in the exemplary and non-limiting embodiment shown in Figure 1, take place respectively by means of an inlet duct 17 located at a first end of the cylindrical chamber 31 , and in particular on the top of the same and by means of a second outlet duct 35 placed at the opposite end in a bottom portion of the cylindrical chamber 31.

La miscela fluida alimentare immessa nel dispositivo scambiatore di calore 30 attraverso il primo condotto 17, circola nell'intercapedine che si forma tra il rotore 33 e la camera cilindrica 31, ove avviene lo scambio termico. Nella scanalatura elicoidale 34 il fluido assume una configurazione a spira di sezione rettangolare, contraddistinta da una ampia superficie di scambio termico. The fluid food mixture introduced into the heat exchanger device 30 through the first duct 17 circulates in the interspace formed between the rotor 33 and the cylindrical chamber 31, where the heat exchange takes place. In the helical groove 34 the fluid assumes a spiral configuration with a rectangular section, characterized by a large heat exchange surface.

Secondo una prima realizzazione, il dispositivo scambiatore di calore 30, oggetto della presente invenzione, è impiegato come raffreddatore in una macchina per la produzione di gelato soft per raffreddare la miscela liquida ad esempio da una temperatura di circa 85°C ad una temperatura di circa 4°C. I mezzi di scambio termico 32 sono costituititi da un evaporatore comprendente una serpentina per un fluido frigorigeno, avvolta da una parete esterna isolante, come mostrato in figura 1. La spira fluida è posta a contatto diretto con l'evaporatore 32, la cui temperatura superficiale è poco superiore a quella di congelamento del liquido trattato. Questo per evitare la formazione di ghiaccio nella cava 34 del rotore 33. According to a first embodiment, the heat exchanger device 30, object of the present invention, is used as a cooler in a machine for the production of soft ice cream to cool the liquid mixture, for example from a temperature of about 85 ° C to a temperature of about 4 ° C. The heat exchange means 32 consist of an evaporator comprising a coil for a refrigerant fluid, wrapped in an external insulating wall, as shown in figure 1. The fluid loop is placed in direct contact with the evaporator 32, whose surface temperature it is slightly higher than that of freezing the treated liquid. This is to avoid the formation of ice in the groove 34 of the rotor 33.

In ogni caso il moto rotatorio del rotore 33 spinge vantaggiosamente il liquido ghiacciato verso l'uscita 35, fratturando l'eventuale ghiaccio formatosi. In any case, the rotary motion of the rotor 33 advantageously pushes the frozen liquid towards the outlet 35, fracturing any ice formed.

Per funzionare come riscaldatore, il dispositivo scambiatore di calore oggetto della presente invenzione, può comprendere resistenze elettriche, non mostrate, quali mezzi di scambio termico. Alternativamente, i mezzi di scambio termico per il riscaldamento della miscela liquida possono essere costituiti dalla serpentina mostrata in figura 1 in cui è fatto circolare fluido riscaldante. To function as a heater, the heat exchanger device object of the present invention can comprise electrical resistances, not shown, as heat exchange means. Alternatively, the heat exchange means for heating the liquid mixture can consist of the coil shown in Figure 1 in which the heating fluid is circulated.

Il dispositivo scambiatore di calore per il trattamento di miscele liquide alimentari, oggetto del presente trovato, consente vantaggiosamente di ridurre il volume totale mantenendo un'ampia superficie di scambio. The heat exchanger device for the treatment of liquid food mixtures, object of the present invention, advantageously allows to reduce the total volume while maintaining a large exchange surface.

Da quanto sopra descritto con riferimento alle figure, appare evidente come un dispositivo scambiatore di calore per il trattamento di miscele liquide alimentari secondo l'invenzione sia particolarmente utile e vantaggioso, cosi conseguito lo scopo menzionato al preambolo della descrizione. From what has been described above with reference to the figures, it is evident that a heat exchanger device for the treatment of liquid food mixtures according to the invention is particularly useful and advantageous, thus achieving the aim mentioned in the preamble of the description.

Naturalmente, le forme del dispositivo scambiatore di calore per il trattamento di miscele liquide alimentari possono essere diverse da quella mostrata a solo titolo di esempio non limitativo nei disegni, come pure diversi possono essere i materiali. Naturally, the shapes of the heat exchanger device for the treatment of liquid food mixtures can be different from the one shown only by way of non-limiting example in the drawings, as well as the materials can be different.

L'ambito di tutela dell'invenzione è pertanto delimitato dalle rivendicazioni allegate. The scope of protection of the invention is therefore delimited by the attached claims.

Claims

CLAIMS 1) Heat exchanger device for the treatment of liquid food mixtures characterized in that it comprises a cylindrical chamber (31), heat exchange means (32) and a cylindrical rotor (33) having an external diameter substantially equal to the internal diameter of said chamber cylindrical (31), in which said rotor (33) bears on the outer surface a helical hollow, or groove (34).

2) Device according to claim 1, characterized in that said helical cavity (34) has a rectangular section.

3) Device according to claims 1 or 2, characterized in that said heat exchange means (32) comprise a coil for a refrigerant fluid, 4) Device according to claim 3, characterized in that said rotor (33) is made of bronze. 5) Device according to claim 1, characterized by the fact that said rotor (33) comprises at one end a driving shaft (36) and at an opposite end an abutment surface (38) approached to a closing flange (39). said cylindrical chamber (31). 6) Device according to claim 1, characterized in that it comprises an inlet duct (17) placed at a first end of said cylindrical chamber (31), and in particular on the top thereof, as well as a second outlet duct (35) placed at the opposite end of said cylindrical chamber (31) in a bottom portion.