專利名稱：特別是用于啤酒生產(chǎn)中的糖化的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特別是用于啤酒生產(chǎn)中的糖化的方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
相應(yīng)的設(shè)備具有加熱器，特別是根據(jù)換熱器原理運行的框架式加熱器。例如，蒸汽或諸如水等液體介質(zhì)被用作加熱介質(zhì)。例如，當蒸汽被用作加熱介質(zhì)時，蒸汽閥根據(jù)加熱速率而打開到較大或較小程度。例如還可以調(diào)節(jié)蒸汽閥以使加熱表面中達到特定的蒸汽壓。熱水驅(qū)動的糖化容器例如通過回流混合而被控制在特定的流動溫度。然而在利用熱水加熱的加熱設(shè)備的情況下，加熱速率控制通常過于緩慢。這意味著，在能夠確定液體介質(zhì)(產(chǎn)品)中的加熱速率之前，可能已經(jīng)過了幾分鐘的時間。因此，特別是在糖化的情況下，在控制器完全調(diào)節(jié)到所需的加熱速率之前可能過了太多的時間，并且在平穩(wěn)操作時通常下一次酶靜置已經(jīng)到來。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明的目的在于提供特別地用于糖化的設(shè)備和方法，其中特別是在加熱劑的流動溫度和回流溫度低的情況下能夠很好地控制加熱速率。根據(jù)本發(fā)明，通過權(quán)利要求1和5的特征來實現(xiàn)該目的。優(yōu)選實施方式由從屬權(quán)利要求產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明，通過相應(yīng)的溫度傳感器測量加熱介質(zhì)的流動溫度(FL溫度)以及回流溫度(RET溫度)，通過另一溫度傳感器測量容器中的液體介質(zhì)(產(chǎn)品)的相應(yīng)的當前溫度。以使得加熱介質(zhì)溫度和液體介質(zhì)的相應(yīng)的當前溫度之間的對數(shù)溫度差保持恒定的方式進行加熱速率控制。結(jié)果，忽略稍微改變的熱容量等，加熱速率偏離準確值不到10%。因為從一開始就準確地測量涉及的溫度，所以能夠非?？焖俚卣{(diào)節(jié)所要求的加熱速率。這里利用對數(shù)溫度差還意味著利用相應(yīng)地成比例的值。通過使用待確定的系統(tǒng)特定因子(見公式4)，人們從而還能夠直接輸入所需的加熱速率。利用對數(shù)溫度差的閉環(huán)控制尤其準確。然而，確定與加熱介質(zhì)的流動溫度和回流溫度的平均值相對應(yīng)的加熱劑平均溫度以及液體介質(zhì)的溫度，并且在加熱期間以與上述方式類似的方式調(diào)節(jié)加熱劑平均溫度和液體介質(zhì)的相應(yīng)的當前溫度之間的差，同樣是足夠的。本發(fā)明的另一個重要的優(yōu)勢在于，由于FL溫度低，導致加熱介質(zhì)的RET溫度也非常低，這進而減小了儲能器的所需尺寸，其中加熱介質(zhì)被回饋至該儲能器。對數(shù)溫度差有利地落在IOK與40K之間的范圍內(nèi)。例如可以將相應(yīng)的值或與該相應(yīng)的值成比例的值輸入到閉環(huán)控制單元作為設(shè)定點值。有利地，能夠獲得<〈80°C的回流溫度。設(shè)備包括致動元件，特別地包括用于將對數(shù)溫度差調(diào)節(jié)到適當?shù)脑O(shè)定點值的致動元件。特別地，致動元件以如下方式形成:致動元件調(diào)節(jié)加熱介質(zhì)的流動溫度。致動元件例如可以是將被供給到加熱器的加熱介質(zhì)加熱到適當?shù)牧鲃訙囟鹊膿Q熱器。附加地或可選地，用于將更熱的介質(zhì)(蒸汽或來自儲能罐的熱的加熱介質(zhì))混合到介質(zhì)的設(shè)備可以以如下方式設(shè)置:加熱介質(zhì)達到特定的流動溫度。最后，根據(jù)尤其優(yōu)選的實施方式，從加熱器回流的加熱介質(zhì)的一部分可以經(jīng)由管路和控制閥輸送到儲能罐中，回路中的加熱介質(zhì)可以經(jīng)由循環(huán)泵再循環(huán)回至加熱器中。量與抽出的部分相對應(yīng)的、更熱的一部分加熱介質(zhì)從而能夠在進入到加熱器之前被供給到加熱介質(zhì)。通過閉環(huán)控制單元啟動控制閥，以便適當?shù)卣{(diào)節(jié)流動溫度。循環(huán)泵允許在加熱表面具有相應(yīng)的湍流的、均勻的高體積流量，因此還允許在加熱表面處的高傳熱系數(shù)。循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速能夠根據(jù)控制閥的設(shè)定而調(diào)節(jié)，由此特別是當控制閥開口更大時，循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速朝相反的方向減小。這意味著，控制閥開口越大(相應(yīng)的量的新鮮加熱介質(zhì)從儲能器供給到在回路K中輸導的加熱介質(zhì))，循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速減小的越多。因此，在加熱表面處的流速可以以如下方式總是保持為非常高:(在全部為諸如高傳熱系數(shù)等積極傳熱效果的情況下)在加熱器中產(chǎn)生湍流。由此通過加熱器有利地使加熱介質(zhì)的體積流量保持恒定。設(shè)備有利地以如下方式形成:該設(shè)備包括用于從容器泵出液體介質(zhì)并且將液體介質(zhì)泵入到分配設(shè)備的泵送設(shè)備，其中分配設(shè)備以如下形成:液體介質(zhì)被施加到在表層上方延伸的加熱器加熱表面，并且液體介質(zhì)從加熱器加熱表面向下行進直到到達表層。如果加熱器具有:位于加熱器的上側(cè)區(qū)域的、加熱介質(zhì)用的至少一個出口 ；位于加熱器的下側(cè)區(qū)域的至少一個出口 ；以及配置在中部區(qū)域、即配置在上下出口之間的加熱介質(zhì)用的至少一個入口，將是特別有利的。當加熱麥芽漿時，將是特別有利的。根據(jù)本發(fā)明，加熱表面因而在液體介質(zhì)或麥芽衆(zhòng)的表層上方以如下方式向上延伸:液體介質(zhì)或麥芽漿可以沿著加熱表面向下行進直到液體介質(zhì)或麥芽漿到達表層。因此，特別是在更高濃度的麥芽漿的情況下以及在糊化階段期間，加熱表面與體積不相關(guān)地增大還減少了例如粘度弓I起的傳熱性降低的問題。由于液體介質(zhì)沿著加熱表面呈薄膜狀向下流動的事實，靠近表面的氣泡可能由于溫度增加突然或非常迅速地變大而被排出。由于液體介質(zhì)的脫氣，氣體引起的密度差能夠充分地減小，能夠提高濃稠的麥芽漿中的如上面所述的酶的活性。由于例如麥芽漿沿著加熱表面輸送的事實，一定程度上還能夠從麥芽漿中排出諸如二甲基硫醚(DMS)等不期望的揮發(fā)性物質(zhì)。DMS是含有硫并且在啤酒中產(chǎn)生異常氣味的有機化合物。DMS由發(fā)麥芽期間形成的前驅(qū)物、S-甲硫氨酸(SMM)和二甲基亞砜(DMSO)產(chǎn)生。由于液體介質(zhì)通過沿著加熱表面輸送而被附加地加熱的事實，能夠使加熱介質(zhì)的流動溫度降低。因此，能夠?qū)溠繚{更緩和地進行加熱。由于不需要高的加熱介質(zhì)溫度的事實，例如能夠方便地使用來自熱回收的熱能、即其他處理步驟的廢熱(例如麥芽汁冷卻期間產(chǎn)生的熱水)來對加熱介質(zhì)進行加熱進而對麥芽漿進行加熱，使得能夠防止或至少充分地減少使用一次能源來 加熱麥芽漿。加熱介質(zhì)溫度的降低以及高濃度麥芽漿的可用性因此導致充分地節(jié)約能源。由于使用來自熱回收的加熱介質(zhì)，能夠更經(jīng)濟地制造加熱表面壁。例如通過使加熱表面壁更薄進而能夠提高傳熱性。
另一個優(yōu)勢在于，由于液體介質(zhì)的新穎的導入方式，產(chǎn)生了改善了的整體混合效果，特別是在桶直徑大和填充高度高的情況下。
特別是在高填充高度的情況下，由于將例如麥芽漿等液體介質(zhì)施加到在表層上方延伸的加熱表面，所以增大了麥芽漿表面的體積流量，這進而減少了有時在表層產(chǎn)生的密度引起的麥芽漿浮層，因此進而導致酶活性更好并且導致麥芽漿中淀粉的轉(zhuǎn)化更好。另一優(yōu)勢在于如下事實:例如，不論麥芽漿的量如何，都能夠通過同一個設(shè)備最適宜地加熱麥芽漿。一般來說，不再需要根據(jù)啤酒的類型而將加熱框架進行特定的細分，這節(jié)約了相當可觀的成本和設(shè)計期間的澄清工作。利用該系統(tǒng)還能夠?qū)溠繚{的量顯著變化的“新”類型良好地進行加熱(大大提高了啤酒廠的靈活性)。即使“極小”的麥芽漿份量和/或“極小”的麥芽漿的量也能夠被可靠均勻地加熱。對于該情況，不存在附加的加熱底部也是可以的，因為“極小”的麥芽漿份量和/或“極小”的麥芽漿的量通過沿著加熱表面向下行進而被加熱。該方法另外允許更細長的構(gòu)造和更有利的容器(填充高度例如為3至5m，容器高度為5至Sm)。這進而允許桶的非常良好的表面積/體積比(A/V比)，由此減少輻射熱損失。根據(jù)本發(fā)明的分配設(shè)備和加熱表面還可以例如對現(xiàn)有糖化設(shè)備作翻新改進，這為客戶提供了節(jié)約能源的巨大潛能。流動溫度的降低、即緩和地進行加熱減少了淤塞，對酶溫和并且如已經(jīng)說明的那樣節(jié)約能源。由于加熱介質(zhì)的溫度降低，所以能夠減少對麥芽漿桶進行CIP清洗的頻率和/或強度，這進而節(jié)約了水、能源和清洗劑。根據(jù)本發(fā)明，麥芽漿被施加到加熱表面的上側(cè)區(qū)域，特別是糖化設(shè)備的上四分之一。這導致加熱表面最大化地增大以及與此相關(guān)聯(lián)的優(yōu)勢。加熱器有利地以如下方式形成:加熱介質(zhì)用的至少一個出口配置在加熱表面的上側(cè)區(qū)域，至少一個出口設(shè)置在加熱表面的下側(cè)區(qū)域。加熱介質(zhì)用的至少一個入口設(shè)置在至少一個上側(cè)出口和至少一個下側(cè)出口之間的中部區(qū)域。加熱介質(zhì)因此可以從中部入口向上和向下流動。這具有如下優(yōu)勢:在加熱器的上側(cè)區(qū)域，加熱介質(zhì)與向下流動的麥芽漿呈對流流動。同樣，在麥芽漿由于攪拌器的作用而在容器的內(nèi)壁上向上移動的下側(cè)區(qū)域，加熱介質(zhì)呈對流向下流動，這顯然提高了熱流量。在任何情況下，如果經(jīng)過加熱表面的流動近乎豎直，則熱流量提高，這也導致回流溫度較低。傳熱介質(zhì)因此以遠低于通常的80°C的溫度存儲在儲能器中，能夠充分地降低儲能罐的尺寸因此還能夠使儲存成本充分降低。因而為了操作例如具有設(shè)計的體積流量和設(shè)計的溫度的麥芽汁冷卻器，例如將攪拌器定位于儲能器，該攪拌器將例如來自儲能器的較高層的較熱的傳熱介質(zhì)與儲能器的較低層的較冷的傳熱介質(zhì)以所要求的方式混合到一起。上述設(shè)備特別地適用于加熱麥芽漿。然而，該設(shè)備同樣適用于加熱其他液體介質(zhì)，特別是麥芽汁。


圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的設(shè)備的概略圖。圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的概略圖。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的加熱表面的立體圖。圖4示出通過根據(jù)本發(fā)明的加熱器的局部縱向截面。圖5示出通過加熱器的橫截面。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的閉環(huán)控制回路。圖7示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。
具體實施例方式圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的基本構(gòu)造。下面結(jié)合圖1至圖5更詳細地說明用于加熱液體介質(zhì)的設(shè)備，特別是糖化設(shè)備。然而，基本上，該設(shè)備具有容器2、液體介質(zhì)用出口 10以及加熱器30，加熱器30在這里為框架式加熱器的形式，液體介質(zhì)沿著加熱器30的加熱表面13被加熱。加熱器具有加熱介質(zhì)用的上下出口 15 (RET)以及配置在上下出口之間的入口 14。還可以設(shè)置相應(yīng)的底部加熱器。加熱器根據(jù)換熱器原理運行。液體介質(zhì)以特定的加熱速率被加熱。對于加熱速率閉環(huán)控制，溫度傳感器105被設(shè)置用于測量容器2中的液體介質(zhì)的溫度。此外，可以使用溫度傳感器103測量加熱介質(zhì)的流動溫度。這里的溫度傳感器103位于加熱介質(zhì)用的入口管路。最后，可以使用溫度傳感器104測量加熱介質(zhì)的回流溫度。這里的溫度傳感器104位于加熱介質(zhì)的回流管路113。設(shè)備還包括閉環(huán)控制單元102，利用該閉環(huán)控制單元102能夠控制預(yù)定的加熱速率。

在該特定實施方式的情況下，回流管路113經(jīng)由通過閉環(huán)控制單元102啟動的控制閥106而通向儲能罐114?；亓鳒囟刃∮?0°C、這里例如為70°C的冷卻后的加熱介質(zhì)被置于儲能罐114的下側(cè)區(qū)域。例如來自麥芽汁冷卻器的較熱介質(zhì)被置于儲能罐114的上側(cè)區(qū)域。冷卻后的加熱介質(zhì)因此能夠在處理期間部分地輸送到儲能罐中，而其余部分能夠通過回路K回饋至加熱器30。設(shè)置有循環(huán)泵107。能夠根據(jù)控制閥106的設(shè)定來調(diào)節(jié)循環(huán)泵107的轉(zhuǎn)速。當控制閥106開口更大時，根據(jù)特定因子減小循環(huán)泵107的轉(zhuǎn)速。經(jīng)由控制閥106排放到在回路K中循環(huán)的加熱介質(zhì)的量能夠經(jīng)由管路120和另一泵112從儲能罐114回饋至回路K。由此泵112將與經(jīng)由控制閥106排放的量相應(yīng)的量的加熱介質(zhì)泵入到回路中。還能夠經(jīng)由管路120中的控制閥106'調(diào)節(jié)加熱介質(zhì)的相應(yīng)的量。然而適當?shù)臅r候人們還可以完全省略控制閥106。于是根據(jù)控制閥106'的開口沿相反方向調(diào)節(jié)泵107的轉(zhuǎn)速。由此通過閉環(huán)控制單元102啟動泵112。控制閥106和泵112因此例如如下面將更詳細地說明的那樣被啟動，以便調(diào)節(jié)加熱介質(zhì)的特定流動溫度。控制閥106和泵112因而作為用于調(diào)節(jié)特定流動溫度的致動元件。還可以附加地或可選地通過換熱器設(shè)備110來調(diào)節(jié)流動溫度。附加地或可選地，還可以經(jīng)由設(shè)備111將例如為蒸氣111形式的較熱的介質(zhì)供給到加熱介質(zhì)，以便調(diào)節(jié)特定流動溫度。然而設(shè)備還可以例如具有用于排放冷凝液的設(shè)備121。為了以設(shè)計體積流量和設(shè)計溫度操作例如麥芽汁冷卻器，將例如攪拌器122定位于儲能罐114，該攪拌器122將例如來自儲能器中的高層的較熱的傳熱介質(zhì)與下層的相對較冷的傳熱介質(zhì)混合到一起。在對設(shè)備I中的液體介質(zhì)進行加熱期間，必須將加熱速率控制在預(yù)定值。
根據(jù)特別優(yōu)選的實施方式，設(shè)置有溫度傳感器105、103和104以測量加熱介質(zhì)的流動溫度、加熱介質(zhì)的回流溫度和液體介質(zhì)的溫度。通過測量這三個溫度,可以確定對數(shù)溫度差。然后這被用于閉環(huán)控制特定加熱速率。給定區(qū)域的熱流量、因此給定區(qū)域的加熱速率，以及K值直接取決于驅(qū)動力、溫度差。
權(quán)利要求
1.一種用于加熱液體介質(zhì)的設(shè)備，特別是糖化設(shè)備，所述設(shè)備具有: 容器(2); 加熱器(30)，所述加熱器用于利用加熱介質(zhì)對液體介質(zhì)、特別是麥芽漿(28)進行加執(zhí).閉環(huán)控制單元(102)，所述閉環(huán)控制單元用于閉環(huán)控制加熱速率； 用于測量加熱介質(zhì)的流動溫度的溫度傳感器(103);用于測量加熱介質(zhì)的回流溫度的溫度傳感器(104);用于測量液體介質(zhì)的溫度的溫度傳感器(105)，其中， 所述閉環(huán)控制單元(102)形成為使得: 通過對數(shù)溫度差的閉環(huán)控制來產(chǎn)生恒定的加熱速率； 或者 至少確定液體介質(zhì)的溫度和與加熱介質(zhì)的所述流動溫度和所述回流溫度的平均值相對應(yīng)的加熱劑平均溫度，并且在加熱期間通過所述加熱劑平均溫度和液體介質(zhì)的相應(yīng)的當前溫度之間的差來閉環(huán)控制所述加熱速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括一個或多個致動元件(101、111、110、106、106’)，所述致動元件特別地用于將所述對數(shù)溫度差調(diào)節(jié)到設(shè)定點值，其中所述致動元件(101、111、110、106、106’)特別地調(diào)節(jié)加熱介質(zhì)的所述流動溫度并且特別地包括換熱器(110 )和/或用于使熱的介質(zhì)混合到加熱介質(zhì)的設(shè)備(111、106、106 ’)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2中的至少一項所述的設(shè)備，其特征在于，從所述加熱器(30)回流的加熱介質(zhì)的一部分經(jīng)由管路(113)回流到儲能罐(114)中，回路(k)中的加熱介質(zhì)通過循環(huán)泵(107)回流到所述加熱器(30)，通過控制閥(106、106’)限定被輸送到所述儲能罐(114)中的加熱介質(zhì)的量，特別地能夠根據(jù)所述控制閥(106、106’)的設(shè)定來調(diào)節(jié)所述循環(huán)泵(107)的轉(zhuǎn)速，特別地所述循環(huán)泵(107)的轉(zhuǎn)速能夠在所述控制閥(106、106’)的開口增大的情況下減小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的至少一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括用于將液體介質(zhì)泵入到分配設(shè)備(8)中的泵送設(shè)備(12)，其中所述分配設(shè)備(8)以如下方式形成:液體介質(zhì)被引到在表層(20)上方延伸的加熱器加熱表面(13)，并且液體介質(zhì)能夠從所述加熱器加熱表面(13)向下行進直到所述表層，特別地所述加熱器(30)包括:位于所述加熱器的上側(cè)區(qū)域的、加熱介質(zhì)用的至少一個出口(15a);位于所述加熱器的下側(cè)區(qū)域的至少一個出口(15b);以及配置在所述加熱器(30)的中部區(qū)域的、加熱介質(zhì)用的至少一個入口(14)。
5.一種用于加熱液體介質(zhì)、特別是麥芽漿的方法，所述方法具有以下步驟: 將液體介質(zhì)導入到設(shè)備、特別地是導入到糖化設(shè)備中，利用根據(jù)換熱器原理運行的加熱器(30)加熱液體介質(zhì)，其中測量加熱介質(zhì)的流動溫度、加熱介質(zhì)的回流溫度以及液體介質(zhì)的溫度并且確定對數(shù)溫度差，并且通過閉環(huán)控制所述對數(shù)溫度差來調(diào)節(jié)加熱速率，或者 根據(jù)加熱介質(zhì)的所述流動溫度和加熱介質(zhì)的所述回流溫度的平均值確定至少加熱劑平均溫度并確定液體介質(zhì)的溫度，并且在加熱期間閉環(huán)控制所述加熱劑平均溫度與液體介質(zhì)的相應(yīng)的當前溫度之間的差。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，用于閉環(huán)控制所述對數(shù)溫度差或者所述加熱劑平均溫度和液體介質(zhì)的相應(yīng)的當前溫度之間的差的加熱介質(zhì)的所述流動溫度，通過相應(yīng)的致動元件(101)來調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5至6中的至少一項所述的方法，其特征在于，加熱表面中的加熱介質(zhì)的體積流量在加熱期間能夠保持為大致恒定，特別是通過循環(huán)泵在加熱期間保持為大致恒定。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中的至少一項所述的方法，其特征在于，所述對數(shù)溫度差用的設(shè)定點值落在IOK至40K的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中的至少一項所述的方法，其特征在于，一部分液體介質(zhì)從所述設(shè)備被泵出并且被泵入到分配設(shè)備(8)，所述分配設(shè)備(8)以如下方式將液體介質(zhì)施加到所述設(shè)備的位于液體介質(zhì)的表層上方的加熱表面(13a):液體介質(zhì)沿著所述加熱表面(13a)向下行進直到液體介質(zhì)到達液體介質(zhì)的所述表層，并且特別地， 加熱介質(zhì)從所述加熱器的上側(cè)區(qū)域和下側(cè)區(qū)域被抽出并且被供給到位于所述上側(cè)區(qū)域和所述下側(cè)區(qū)域之間的區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至9中的至少一項所述的方法，其特征在于，所述回流溫度小于80。。。
11.根據(jù)權(quán)利 要求5至10中的至少一項所述的方法，其特征在于，加熱介質(zhì)的相應(yīng)的當前流動溫度和液體介質(zhì)的相應(yīng)的當前溫度之間的溫度差大致恒定。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中的至少一項所述的設(shè)備和方法用于釀酒容器，特別是用于麥芽汁煮沸鍋或糖化設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于加熱液體介質(zhì)的設(shè)備和方法，特別是糖化設(shè)備，該設(shè)備具有容器，其可以被填充和清空；加熱器，其用于利用加熱介質(zhì)對液體介質(zhì)、特別是麥芽漿進行加熱；用于測量加熱介質(zhì)的流動溫度的溫度傳感器；用于測量加熱介質(zhì)的回流溫度的溫度傳感器；用于測量液體介質(zhì)的溫度的溫度傳感器；閉環(huán)控制單元，其用于閉環(huán)控制加熱速率，其中閉環(huán)控制單元以如下方式構(gòu)造并且以如下方式閉環(huán)控制加熱速率加熱介質(zhì)的溫度和液體介質(zhì)的相應(yīng)的當前溫度之間的對數(shù)溫度差保持為大致恒定。
文檔編號C12C7/04GK103237879SQ201180057778
公開日2013年8月7日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月4日
發(fā)明者赫爾穆特·卡默洛荷 申請人:克朗斯股份公司