用于加熱用于飲料生產(chǎn)的可發(fā)酵原料的裝置和方法
【專利說明】用于加熱用于飲料生產(chǎn)的可發(fā)酵原料的裝置和方法
[0001]本發(fā)明涉及分別根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求10的前序部分用于加熱用于飲料生產(chǎn)的可發(fā)酵原料的裝置和方法。
[0002]文件EP 1715031 BI公開了用于提供在工藝中作為加熱介質(zhì)的水或蒸汽的裝置和方法。這里，使用沸石儲熱裝置加熱燃燒氣體。
[0003]文件DE 93 11 514.8 Ul公開了加熱器，其中管線中流動的介質(zhì)的預熱通過第一介質(zhì)的余熱進行。
[0004]另外，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)描述了用于加熱釀造麥芽漿(Maische)的裝置，其公布在文件AT 390 266 B中。在此裝置中，通過規(guī)則卷繞的(螺旋狀)管形成管線，所述管位于燃燒室內(nèi)。所述管線與熱源以傳熱接觸連接，由此加熱流過所述管線的釀造麥芽漿。該類裝置也稱作所謂的“外部鍋爐”。在諸如參考文件AT 390 266 B描述的裝置中，可以在短時間內(nèi)用比較高的溫度溫和地加熱任意的可發(fā)酵流體。文件AT 390 266 B被認為是最接近的現(xiàn)有技術(shù)。
[0005]由于在上述的外部鍋爐中使用的比較高的溫度，所以造成大量廢熱。由于生態(tài)和經(jīng)濟原因，需要以有意義的途徑使用此廢熱。
[0006]根據(jù)本發(fā)明用于加熱可發(fā)酵原料的裝置包括設置在燃燒室內(nèi)部的管線，通過該管線由燃燒室中的熱源通過第一傳熱介質(zhì)輸出的部分熱可傳遞到管線中流動的所述可發(fā)酵的原料。燃燒室下游裝有儲熱裝置用于儲存通過第一傳熱介質(zhì)傳遞的部分余熱。所述管線如此設置，使得在燃燒室上游，管線內(nèi)流動的可發(fā)酵原料在預熱室內(nèi)通過儲熱裝置中儲存的熱進行預熱。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的可發(fā)酵原料可以是含有至少一種可發(fā)酵物質(zhì)的多種物質(zhì)的混合物或純物質(zhì)。在本發(fā)明的上下文中，可發(fā)酵物質(zhì)是可以分別在厭氧和/或有氧條件下通過微生物，如酵母和細菌，作為能量源和碳源利用的化合物。特別地，這里包括單糖、二糖和多糖。特別優(yōu)選的是含有果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖(麥芽糖)或淀粉或它們的降解產(chǎn)物中的至少一種的可發(fā)酵原料。
[0008]特別地，這包括用于制備啤酒的原料諸如麥芽漿、釀造的麥芽汁(Brauwuerze)、衍生的后產(chǎn)物、溶解在水中的生果實(Rohfruchte)(如稻或玉米)。用于本發(fā)明目的的燃燒室應當理解為不僅是合適的燃料如油、木材或氣體在其中發(fā)生燃燒的空間，而且一般而言，是在其中熱由熱源通過傳熱介質(zhì)傳遞到管線和通過所述管線傳遞到所述可發(fā)酵原料的空間。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，大部分的廢熱儲存在儲熱裝置中，該裝置裝在燃燒室的下游。通過根據(jù)本發(fā)明的管線設置，管線中流動的可發(fā)酵原料可以通過所述儲熱裝置中儲存的熱進行預熱。一方面，這允許更精確地調(diào)整燃燒室區(qū)域中供應到所述可發(fā)酵原料的熱量，且另一方面，也能夠大量節(jié)能。
[0010]有利地，可以在燃燒室與儲熱裝置之間從第一傳熱介質(zhì)向第二傳熱介質(zhì)進行部分余熱的傳遞。由此，例如，氣體傳熱介質(zhì)如燃燒過程的廢氣的余熱可被傳遞到液體傳熱介質(zhì)如水或?qū)嵊停@簡化了其處理。
[0011]使用導熱油會是特別有利的，因為導熱油可以例如通過電加熱元件加熱，由此當使用合適的發(fā)電(風電、太陽能電、水電)時避免環(huán)境廢氣污染。此外，導熱油可用于較高溫度范圍而不改變其聚集狀態(tài)或其壓力，因為，在環(huán)境壓力下，其沸點大于300°C。因此，可以在最高達300°C的溫度范圍下使用導熱油。此外，導熱油的能量效率遠遠優(yōu)于例如水或蒸汽。
[0012]有利地，預熱室中所述第二傳熱介質(zhì)的量最大相應于預熱室中管線內(nèi)的所述可發(fā)酵原料的量。這意味著預熱室內(nèi)第二傳熱介質(zhì)例如導熱油的體積不大于當前由此加熱的可發(fā)酵原料的體積。由于經(jīng)由每單位時間的溫度和體積的乘積(Produkt)所述第一傳熱介質(zhì)與所述可發(fā)酵原料之間有利的體積比，供應到所述可發(fā)酵原料的熱量可以高準確度地調(diào)整。
[0013]在一個特別有利的方式中，部分余熱可以以可調(diào)整的方式傳遞。例如，由此可以確保余熱傳遞僅僅在所述第一傳熱介質(zhì)已經(jīng)到達某一最小溫度時發(fā)生。
[0014]有利地，部分所述余熱由所述第一傳熱介質(zhì)向所述第二傳熱介質(zhì)的傳遞可以通過支路、切換閥、流體栗或排風機進行。優(yōu)選地，所述第一傳熱介質(zhì)經(jīng)由這些元件中的一個或多個傳導至熱交換器，在其中所述熱被傳遞至所述第二傳熱介質(zhì)。
[0015]有利地，所述儲熱裝置可以以至少一個潛儲熱裝置的形式提供。在所述潛儲熱裝置中發(fā)生由所述傳熱介質(zhì)向相變材料的熱傳遞或反之亦然。使用潛儲熱裝置允許幾乎無限期地儲存熱。相應地，在使用本發(fā)明用于加熱可發(fā)酵原料的蒸煮過程完成后，甚至在延長的休眠期之后也可以在剛開始時由預熱的可發(fā)酵原料開始新的蒸煮過程，因為所述潛儲熱裝置中的熱可以幾乎無限期地儲存。通過使用用于預熱所述可發(fā)酵原料的在所述潛儲熱裝置中儲存的熱，所述可發(fā)酵原料有利地已經(jīng)在升高的溫度下到達燃燒室和在其中進一步加熱。因此，為了獲得所述可發(fā)酵原料的目標溫度僅僅需要較少量的熱。
[0016]優(yōu)選地，使用鹽或石蠟作為相變材料。優(yōu)選地，所述相變材料的冷凝溫度為1300C _150°C，最優(yōu)選所述溫度為145°C。其重結(jié)晶溫度優(yōu)選為130°C _120°C。
[0017]有利地，可以提供控制工具以便基于燃燒室下游的所述第一傳熱介質(zhì)的溫度和/或所述預熱室下游的所述第二傳熱介質(zhì)的溫度控制向預熱室和/或潛儲熱裝置供應所述第二傳熱介質(zhì)。
[0018]這允許所述潛儲熱裝置的排放或充填但同時預熱所述可發(fā)酵原料或僅僅充填所述潛儲熱裝置而不同時預熱所述可發(fā)酵原料。
[0019]所述控制工具可以有利地以充填栗和排放栗的形式提供。在此情況下，打開狀態(tài)的所述充填栗和斷開狀態(tài)的所述排放栗使得所述第二傳熱介質(zhì)在第一方向上流動通過所述潛儲熱裝置。這相應于這樣的狀態(tài)，其中僅僅對所述潛儲熱裝置供應第二傳熱介質(zhì)和僅僅在沒有進行所述可發(fā)酵原料預熱的條件下加載。
[0020]斷開狀態(tài)的所述充填栗和打開狀態(tài)的所述排放栗使得所述第二傳熱介質(zhì)在第二方向上流動通過所述預熱室和所述潛儲熱裝置。在此狀態(tài)下，僅僅發(fā)生所述可發(fā)酵原料的預熱。優(yōu)選地，當停工期之后開始新的制造周期時情況如此。然后，尤其是用來自所述潛儲熱裝置的熱將所述比較冷的可發(fā)酵原料預熱，因為燃燒室中尚未達到所希望的操作溫度。
[0021]當所述充填栗和所述排放栗為打開狀態(tài)時，它們使得所述第二傳熱介質(zhì)在所述第一方向上流動通過所述預熱室和所述潛儲熱裝置。在此情況下，發(fā)生潛儲熱裝置充填和所述可發(fā)酵原料預熱。
[0022]有利地，所述裝置可以作為外部鍋爐配置以加熱可發(fā)酵原料。
[0023]本發(fā)明用于加熱可發(fā)酵原料的方法包括如下步驟:將所述可發(fā)酵原料輸送通過管線，通過將由熱源經(jīng)由傳熱介質(zhì)輸出的部分熱傳遞到燃燒室內(nèi)的管線中流動的所述可發(fā)酵原料而加熱所述可發(fā)酵原料，將通過所述傳熱介質(zhì)輸送的部分余熱儲存在所述燃燒室下游的儲熱裝置中，和通過儲存在所述儲熱裝置中的熱在預熱室內(nèi)將所述燃燒室上游的在所述管線內(nèi)流動的所述可發(fā)酵原料預熱。
[0024]特別是如果所述第一傳熱介質(zhì)是燃燒產(chǎn)生的廢氣，優(yōu)選地，所述第一傳熱介質(zhì)的最大溫度可以為168°C左右。待發(fā)酵的所述原料在燃燒室區(qū)域內(nèi)也可以達到此