用于冷卻發(fā)酵和/或儲(chǔ)藏罐的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及用于冷卻（特別是夾套冷卻（jacket cooling))、特別是在發(fā)酵 階段和降溫階段（特別是在啤酒生產(chǎn)中）冷卻一個(gè)和/或多個(gè)發(fā)酵和/或儲(chǔ)藏罐的裝置和 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在發(fā)酵液體食品（特別是啤酒）的制造中，發(fā)酵過程是在預(yù)定的時(shí)間段、在預(yù)定 的固定溫度變程（march of temperature)下（例如，+20°C的最高溫度下）進(jìn)行的，這根 據(jù)生產(chǎn)方法的不同而不同并且例如借助于發(fā)酵圖表進(jìn)行記錄。在發(fā)酵過程中，添加至麥 芽汁的酵母將所含的糖轉(zhuǎn)化成酒精、CO 2和熱（一旦酵母添加至麥芽汁且發(fā)酵過程開始， 麥芽汁被稱作生啤）。利用上部發(fā)酵酵母（t〇P-fermented yeast)，最優(yōu)的發(fā)酵溫度為高 于13°C，大多數(shù)情況下甚至高于18°C，典型地甚至高至25°C。然而，對(duì)于底部發(fā)酵酵母 (bottom-fermented yeast)，在典型方法中采用6°C和18°C之間的溫度。如果使用頂部發(fā) 酵酵母，則主發(fā)酵過程將會(huì)持續(xù)大約三天至五天，如果使用底部發(fā)酵酵母，則通常將會(huì)持續(xù) 更長(zhǎng)（有時(shí)會(huì)達(dá)到大約十天至十二天）。在工業(yè)過程中，發(fā)酵過程（至少主發(fā)酵過程）通 常在閉合的圓筒-錐形罐中進(jìn)行。為了在發(fā)酵階段的整個(gè)時(shí)間段內(nèi)均保持這些發(fā)酵罐的溫 度恒定，或者為了借助于給定的溫度曲線（temperature profile)通過開環(huán)或閉環(huán)控制來 控制這些發(fā)酵罐的溫度，因此必須持續(xù)地移除產(chǎn)生的熱。為此，在發(fā)酵階段對(duì)發(fā)酵罐持續(xù)冷 卻。
[0003] 除了幾乎沒有有效的空間進(jìn)行冷卻以外，通常經(jīng)由安裝于罐的外部的冷卻裝置 (即，熱交換器）對(duì)發(fā)酵和/或儲(chǔ)藏罐進(jìn)行夾套冷卻。在該過程中，經(jīng)由從外部安裝于筒狀 夾套和/或錐體的冷卻面移除排出的發(fā)酵熱。為此所要求的制冷能力由根據(jù)待被發(fā)酵的麥 芽汁的量、提取物降解率和發(fā)酵時(shí)間而由采用的制造工藝確定，并且可以通過以下公式算 出：制冷能力={麥芽汁的量[hl]X提取物降解率[1^/1!1]\135[1?^1/1^]}/發(fā)酵時(shí)間
[0004] 在啤酒生產(chǎn)中，主發(fā)酵過程通常跟隨有二次發(fā)酵階段和降溫階段，在降溫階段中， 發(fā)酵和/或儲(chǔ)藏罐的溫度會(huì)從發(fā)酵階段的溫度（例如，+20°c )降至儲(chǔ)藏溫度（例如，-rc 至+3°C )，或者較高的二次發(fā)酵溫度（例如，+2°C至+4°C )。通常，即在典型的方法中，發(fā) 酵罐在二次發(fā)酵期間已經(jīng)降溫了。然而，應(yīng)當(dāng)注意，在二次發(fā)酵階段中溫度升高時(shí)，仍然存 在發(fā)酵過程。因而，可能通過酵母使在主發(fā)酵階段形成的發(fā)酵副產(chǎn)品快速地降解。然而， 根據(jù)制造工藝，二次發(fā)酵還可以在儲(chǔ)藏窖中的另一罐（例如第二圓筒-錐形罐）或橫臥罐 (lying tank)內(nèi)進(jìn)行并因而獨(dú)立于主發(fā)酵。根據(jù)主發(fā)酵、二次發(fā)酵和儲(chǔ)藏是否在同一罐中 進(jìn)行，這被稱作單罐工藝或兩罐工藝。在兩罐工藝中，從一個(gè)罐（例如，主發(fā)酵）進(jìn)入另一 罐（二次發(fā)酵和儲(chǔ)藏）的循環(huán)工藝步驟被稱作"管涌（piping)"。在這種情況下，在大多數(shù) 情況下，在進(jìn)行主發(fā)酵的罐中溫度已經(jīng)被降至管路溫度（pipe temperature)，管路溫度可 以為例如+2°C至+4°C。在進(jìn)行二次發(fā)酵和儲(chǔ)藏的罐中，用于二次發(fā)酵的期望的溫度必須維 持為或降至儲(chǔ)藏溫度（例如，-1°C至+3°C)。此外，還存在在第一罐中進(jìn)行主發(fā)酵和二次 發(fā)酵，在第二罐中進(jìn)行儲(chǔ)藏的兩罐工藝。這里，生啤在第一罐中發(fā)酵完全，其中降至儲(chǔ)藏溫 度（例如，-l°c至+3°C)的降溫通常也在該第一罐中進(jìn)行。在第二罐中，僅必須維持儲(chǔ)藏 溫度。在單罐工藝中，通常將罐稱作用于主發(fā)酵工藝、二次發(fā)酵工藝和儲(chǔ)藏工藝的通用罐 (uni-tank)。通常，構(gòu)造圓筒-錐形罐，使得它們可以選擇性地用作發(fā)酵罐和儲(chǔ)藏罐兩者。
[0005] 因而，發(fā)酵液體食品（特別是啤酒）的制造過程被分成兩個(gè)階段，這對(duì)所使用的冷 卻系統(tǒng)和制冷設(shè)備提出不同的需求：在第一階段、發(fā)酵階段，必須在整個(gè)特定時(shí)間段（例 如，幾天）內(nèi)使發(fā)酵罐的溫度保持恒定在最優(yōu)的發(fā)酵溫度。相比之下，在第二階段、即降溫 階段，在由生產(chǎn)者限定的時(shí)間段內(nèi)將生啤從發(fā)酵溫度降至明顯較低的儲(chǔ)藏溫度或管涌溫度 (例如，每小時(shí)降1°C )。因此，傳統(tǒng)的制冷設(shè)備設(shè)置有在不同的入口溫度下操作的兩個(gè)單獨(dú) 的冷卻裝置，該冷卻裝置具有單獨(dú)的冷卻面，例如錐體處的夾套冷卻和管路冷卻。這里，不 同的散熱器（即，熱交換器）的不同的入口溫度是如下地達(dá)到的：當(dāng)使用壓縮制冷機(jī)時(shí)經(jīng)由 背壓閥達(dá)到，或者通過向較低溫度的副冷卻劑添加較高溫度的副冷卻劑來達(dá)到。而二次發(fā) 酵和冷卻還可以在發(fā)酵罐中被直接地執(zhí)行，因而現(xiàn)有技術(shù)一般提供了具有用于兩個(gè)階段的 單獨(dú)的冷卻回路的單獨(dú)的冷卻裝置。
[0006] 對(duì)于上述冷卻，現(xiàn)代釀酒廠通常使用一個(gè)或幾個(gè)壓縮制冷機(jī)，該一個(gè)或幾個(gè)壓縮 制冷機(jī)除了包括熱交換器（蒸發(fā)器）以外，還包括用于壓縮氣態(tài)制冷劑的壓縮機(jī)。被壓縮的 制冷劑從壓縮機(jī)引至另一熱交換器（冷凝器），在冷凝器處，被壓縮的制冷劑在排出熱的同 時(shí)冷凝。同時(shí)，液體制冷劑經(jīng)由節(jié)流閥（膨脹閥）或毛細(xì)管擴(kuò)展，并隨后返回至蒸發(fā)器。壓 縮制冷機(jī)的能量消耗主要由所采用的壓縮機(jī)的最終壓力與吸入壓力之間的壓力比及性能 系數(shù)（COP)確定。蒸發(fā)器溫度與冷凝器溫度之間的差越大，對(duì)壓縮機(jī)的性能要求越高。在 啤酒廠的傳統(tǒng)的制冷設(shè)備中，上述兩個(gè)冷卻階段均經(jīng)由具有單獨(dú)的槽（即，罐）的單獨(dú)的制 冷設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，或者作為選擇，利用制冷設(shè)備在所要求的最低蒸發(fā)器溫度下操作單個(gè)罐。然 而，在第一個(gè)情況下，由此增加了投資成本，而在第二個(gè)情況下，歸因于冷凝器溫度和蒸發(fā) 器溫度之間較大的差操作成本會(huì)增加。
[0007] 因而，本實(shí)用新型的目的在于，確保在不產(chǎn)生上述缺點(diǎn)的情況下，使發(fā)酵和/或儲(chǔ) 藏罐或者幾個(gè)（至少兩個(gè)）發(fā)酵和/或儲(chǔ)藏罐的罐場(chǎng)在發(fā)酵階段及降溫階段的冷卻有效且 節(jié)能。總的來說，該目的包括降低在發(fā)酵液體食品的制造中所采用的制冷設(shè)備的能量消 耗。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008] 在啤酒廠的傳統(tǒng)的制冷設(shè)備中，上述兩個(gè)冷卻階段均經(jīng)由具有單獨(dú)的槽（即，罐） 的單獨(dú)的制冷設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，或者作為選擇，利用制冷設(shè)備在所要求的最低蒸發(fā)器溫度下操 作單個(gè)罐。然而，在第一個(gè)情況下，由此增加了投資成本，而在第二個(gè)情況下，歸因于冷凝器 溫度和蒸發(fā)器溫度之間較大的差操作成本會(huì)增加。
[0009] 本實(shí)用新型的目的在于，確保在不產(chǎn)生上述缺點(diǎn)的情況下，使發(fā)酵和/或儲(chǔ)藏罐 或者幾個(gè)（至少兩個(gè)）發(fā)酵和/或儲(chǔ)藏罐的罐場(chǎng)在發(fā)酵階段及降溫階段的冷卻有效且節(jié) 能?？偟膩碚f，該目的包括降低在發(fā)酵液體食品的制造中所采用的制冷設(shè)備的能量消耗。 [0010] 上述目的通過用于冷卻發(fā)酵和/或儲(chǔ)藏罐的裝置來實(shí)現(xiàn)，該裝置包括：
[0011] 至少一個(gè)熱交換器，該至少一個(gè)熱交換器被設(shè)計(jì)成將熱從所述發(fā)酵和/或儲(chǔ)藏罐 傳遞至冷卻介質(zhì)，
[0012] 至少一個(gè)制冷設(shè)備，該至少一個(gè)制冷設(shè)備與所述熱交換器連接，
[0013] 所述制冷設(shè)備包括具有第一壓縮機(jī)的第一溫度支路和具有第二壓縮機(jī)的第二溫 度支路，并且
[0014] 所述制冷設(shè)備與所述熱交換器連接，使得所述冷卻介質(zhì)能夠先后選擇性地在第一 溫度下從所述第一溫度支路供給至所述熱交換器和在與所述第一溫度不同的第二溫度下 從所述第二溫度支路供給至同一熱交換器。
[0015] 根據(jù)本實(shí)用新型，裝置為用于夾套冷卻發(fā)酵和/或儲(chǔ)藏罐的裝置，其中至少一個(gè) 熱交換器從外側(cè)安裝于發(fā)酵和/或儲(chǔ)藏罐。另外或作為選擇，還可以將該至少一個(gè)熱交換 器安裝在發(fā)酵和/或儲(chǔ)藏罐的內(nèi)側(cè)。接著，單個(gè)熱交換器或者兩個(gè)或幾個(gè)熱交換器的組可 以用于冷卻，在冷卻介質(zhì)的相同溫度下操作兩個(gè)或幾個(gè)熱交換器的組。因而，根據(jù)本實(shí)用 新型，為了在液體（諸如麥芽汁、生啤等）的發(fā)酵期間移除與工藝相關(guān)的發(fā)酵熱，并且為了 利用具有兩個(gè)不同溫度的冷卻介質(zhì)冷卻該液體，利用一個(gè)且相同的至少一個(gè)熱交換器來操 作一個(gè)且相同的發(fā)酵和/或儲(chǔ)藏罐。在該過程中，根據(jù)一個(gè)或幾個(gè)控制閥的位置，冷卻介質(zhì) 選擇性地先后（即，在單獨(dú)的階段）在第一溫度或第二溫度下供給至相同的該至少一個(gè)熱 交換器。本實(shí)用新型還包括具有幾個(gè)發(fā)酵和/或儲(chǔ)藏罐的設(shè)備，各發(fā)酵和/或儲(chǔ)藏罐均包 括根據(jù)本實(shí)用新型的在冷卻介質(zhì)的兩個(gè)不同溫度下操作的至少一個(gè)熱交換器。特別地，本 實(shí)用新型包括如下罐場(chǎng)：該罐場(chǎng)包括幾個(gè)發(fā)酵和/或儲(chǔ)藏罐，該幾個(gè)發(fā)酵和/或儲(chǔ)藏罐均在 制造工藝的不同階段或子階段（即，發(fā)酵階段和冷卻階段）中被操作。
[0016] 根據(jù)冷卻介質(zhì)為待被蒸發(fā)的制冷劑（直接冷卻，詳見下文）或液體副冷卻劑（間 接冷卻，也詳見下文），可以將熱交換器設(shè)計(jì)為蒸發(fā)器或液體換熱器。作為蒸發(fā)器，可以將 熱交換器設(shè)計(jì)為豎管式蒸發(fā)器（vertical tube evaporator)、殼管式蒸發(fā)器（shell and tube evaporator)、加肋管式蒸發(fā)器（ribbed tube evaporator)、螺旋管式蒸發(fā)器（coiled tube evaporator)、板式蒸發(fā)器（plate evaporator)、冷卻袋（特別是枕板式冷卻袋）（參 見下文）或任意熟知的設(shè)計(jì)。特別地，熱交換器可以為具有制冷劑注射的熱交換器、即具有 干膨脹件（dry expansion)的蒸發(fā)器，其裝配有位于入口處的節(jié)流構(gòu)件并且被設(shè)計(jì)為制冷 劑在出口處完全蒸發(fā)且過熱。作為液體換熱器，可以采用板式熱交換器、螺旋式熱交換器、 管式熱交換器、筒式熱交換器、U字形管式熱交換器、夾套管式熱交換器等。這里，所提及 的設(shè)計(jì)中的一些設(shè)計(jì)可以用于直接冷卻和間接冷卻兩者，即可以用作蒸發(fā)器或液體熱交換 器。另外，作為選擇或另外，可以將熱交換器安裝在發(fā)酵和/或儲(chǔ)藏罐內(nèi)。
[0017] 根據(jù)本實(shí)用新型，熱交換器連接（即，經(jīng)由管路連接）有至少一個(gè)制冷設(shè)備，制冷 設(shè)備包括至少一條第一溫度支路和一條第二溫度支路。這里，一個(gè)或幾個(gè)單獨(dú)的制冷設(shè)備 (參見下文）可以與熱交換器連接。這里，至少兩條溫度支路中的每條溫度支路均包括壓 縮機(jī)，可以特別選擇該壓縮機(jī)的操作參數(shù)（特別是最終壓力與吸入壓力的壓力比，即壓縮 度），使得冷卻介質(zhì)可以在第一溫度下從第一溫度支路供給至熱交換器，并且在與第一溫度 不同的第二溫度下從第二溫度支路供給至同一熱交換器。特別地，可以根據(jù)最優(yōu)的性能系 數(shù)（COP)(即，制冷能力與電功率的最優(yōu)比）所要求的壓力比來選擇對(duì)應(yīng)的壓縮機(jī)。因而， 根據(jù)本實(shí)用新型，通過提供如下一條單獨(dú)的溫度支路，可以使整個(gè)裝置