專利名稱：利用熱回收的熱灌裝系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于液體、特別是用于飲料的利用熱回收的熱灌裝系統(tǒng)，該系統(tǒng) 包括熱交換器，用于將液體預(yù)加熱至第一溫度；加熱器，設(shè)置在熱交換器的下游，用于將 液體加熱至比第一溫度高的第二溫度；第一分配器，設(shè)置在加熱器的下游，用于分配液體， 如將液體分成將被灌裝到瓶子、罐或袋子等中的部分和將返回至熱交換器的入口的部分； 裝瓶機，設(shè)置在第一分配器的下游，用于將液體灌裝到瓶子中；和二次冷卻器，設(shè)置在第一 分配器的下游，用于冷卻將返回的部分。
背景技術(shù)：
巴氏殺菌(如在快速加熱器中)之后的熱灌裝是用于在保藏或耐用條件下將飲料 灌入瓶子或袋子中的慣用方法。通常，未處理的飲料被預(yù)熱、脫氣，且隨后進行巴氏殺菌。在
灌裝工藝之后，如在85t:，灌裝好的瓶子在冷卻劑流的幫助下(如通過噴霧方式)在瓶子冷
卻器中冷卻至適合進一步處理的如3(TC的溫度。 從T. Herty發(fā)表在2002年8月的Fliissiges 0bst (第508-510頁)的"(具 有持續(xù)抽真空裝置的可清洗管道的巴氏消毒設(shè)備)Molchbare Pasteuranlagemit konti皿ier 1 icher Vaku咖entgasung"中了解的是，在飲料熱灌裝期間、特別是在裝瓶機的 停止時，已經(jīng)進行巴氏殺菌的液體在二次冷卻器被冷卻，并通過緩沖器再次混合至未處理 的液體中。 從DE 10 2005 053 005 Al中了解的更多的是，熱灌裝飲料袋由冷卻劑流而被冷
卻，并且冷卻劑流被循環(huán)使得吸收的熱能再次被釋放至將要被加熱的飲料。 從被灌裝的瓶子或袋子中釋放的熱能例如被傳遞至熱交換器，用于預(yù)加熱將被處
理的液體。相反，在還未被灌裝的液體的重新冷卻期間釋放的熱能在冷卻塔中的已知的熱
灌裝系統(tǒng)中消散，并且呈現(xiàn)能量損失。當還未被灌裝的加熱的液體的特定部分被重新冷卻
并再次混合至未處理的液體中以穩(wěn)定系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的無故障正常運行期間，這也是必須予以考慮的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是與已知的系統(tǒng)相比降低熱灌裝期間的能量損失。 該目的由根據(jù)權(quán)利要求1的熱灌裝系統(tǒng)來實現(xiàn)。因此，二次冷卻器的返回管道連
接至熱交換器的供應(yīng)管道，從而將來自二次冷卻器的熱能傳遞至熱交換器。 結(jié)果，可以利用重新冷卻期間回收的熱能預(yù)加熱液體，并且可以降低能量損失。 較佳地，在裝瓶機停頓時，第一分配器基本上使液體全部通過二次冷卻器。這使回
收可用的能量的值最大化。 較佳地，該熱灌裝系統(tǒng)還包括第二分配器，第二分配器調(diào)整將被從二次冷卻器送 入熱交換器中傳熱介質(zhì)的部分。因此，將被傳遞的發(fā)熱能力可以以選擇的方式計量。
在本發(fā)明的進一步的優(yōu)選改進中，第一分配器在裝瓶機運轉(zhuǎn)期間分配液體，使得將返回的部分占到將被灌裝的部分的10-15%。這確保了該系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。 較佳地，該熱灌裝系統(tǒng)還包括瓶子冷卻器，用于冷卻被灌裝的瓶子，瓶子冷卻器具
有連接至熱交換器的供應(yīng)管道的返回管道，以將來自瓶子冷卻器的熱能傳遞至熱交換器。
結(jié)果，冷卻期間釋放的熱能可以被回收，并且再次用來加熱液體。 在本發(fā)明的改進中，該熱灌裝系統(tǒng)還包括第三分配器，第三分配器將來自瓶子冷
卻器的返回管道的傳熱介質(zhì)選擇性地送入熱交換器中或送入瓶子冷卻器的供應(yīng)管道中。結(jié)
果，可以以指定的方式控制回收的熱能，并且在需要時，熱輸送介質(zhì)可以循環(huán)使用。 有利的是，當沒有瓶子在瓶子冷卻器中冷卻時，第三分配器將來自瓶子冷卻器的
返回管道的傳熱介質(zhì)送入瓶子冷卻器的供應(yīng)管道。這延緩了瓶子冷卻器的不希望的冷卻。 較佳地，熱交換器(6)的供應(yīng)溫度為60-75°C。這使得熱回收特別有效。 下面的目的還由根據(jù)權(quán)利要求9的熱灌裝液體的方法來實現(xiàn)。因此，采用在將返
回的部分的再冷卻期間回收的熱能預(yù)加熱液體。 較佳地，將返回的部分設(shè)置為在裝瓶過程中占到將被灌裝的部分的10_15%。這確 保了該系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。 較佳地，一旦裝瓶工藝中斷，液體全部返回。這使回收過程可用的能量值最大化。
較佳地，該方法還包括下述步驟冷卻灌裝好的瓶子；以及利用在瓶子冷卻期間 回收的熱能預(yù)加熱液體。因此，冷卻期間釋放的熱能可以被回收，并再次用來加熱液體。
較佳地，當裝瓶工藝中斷時，利用在瓶子冷卻期間回收的熱能和在再冷卻期間回 收的熱能來預(yù)加熱液體。這確保在停頓期間預(yù)加熱盡可能地穩(wěn)定，并最小化在預(yù)加熱期間 從其它熱源送入的能量值。 較佳地，在瓶子冷卻期間回收的熱能僅用來在瓶子正被冷卻的時間段內(nèi)預(yù)加熱液 體。防止了用于瓶子冷卻過程的設(shè)備快速冷卻的情況發(fā)生。


在附圖中描述了優(yōu)選實施方式，其中
圖1示出了本發(fā)明的熱灌裝系統(tǒng)的示意圖； 圖2示出了當瓶灌裝工藝臨時停止時，熱回收的可用熱能的圖示曲線。
具體實施例方式
圖1示意性地示出用于液體2、特別是用于飲料的熱灌裝系統(tǒng)1。以虛線示出的箭 頭表示液體2的流動方向；以實線示出的箭頭表示諸如水的傳熱介質(zhì)的流動方向。
相應(yīng)地，熱灌裝系統(tǒng)1包括用于臨時儲存將被處理和灌裝的液體2的收集桶4，該 收集桶具有沿其下游串聯(lián)設(shè)置的熱交換器6、預(yù)熱器8、加熱器10、以及具有入口 12a和兩個 出口 12b和12c的第一可調(diào)整三通分配器12。 熱交換器6包括用于液體2的入口 6a和出口 6b、以及用于傳熱介質(zhì)3的供應(yīng)管道 6c和返回管道6d，并將液體2預(yù)加熱至預(yù)熱溫度Tv，該預(yù)熱溫度Tv例如是在脫氣裝置(未 顯示)中的液體傳統(tǒng)的脫氣所需要的溫度。 在必要時，例如在熱交換器6的發(fā)熱能力不足的情況下或者在系統(tǒng)1啟動時，預(yù)熱 器8額外地預(yù)加熱液體2。
在加熱器10中，液體2被加熱至比預(yù)熱溫度Tv高的處理溫度TB。
第一分配器12將流出加熱器10的液體2分配進入將被灌裝的部分FA中，和分配 進入將返回到生產(chǎn)線或收集桶4中的部分F^中。相應(yīng)地，第一分配器12的出口 12b在出 口的下游設(shè)置將液體部分FA灌裝到瓶子16中的灌瓶機14。出口 12c在出口的下游設(shè)置具 有用于液體2的入口 18a和出口 18b、以及用于傳熱介質(zhì)3的供應(yīng)管道18c和返回管道18d 的二次冷卻器18。 二次冷卻器18的出口 18b帶回到收集桶4。 二次冷卻器18與第二可調(diào)整三通分配器20、熱交換器6和第一冷卻塔22 —起形 成第一傳熱介質(zhì)線路24。第二分配器20的入口 20a從二次冷卻器18的返回管道18d流 入，并將傳熱介質(zhì)3的流束分成用于在第一冷卻塔22中進行外部散熱的部分WE和用于在 熱交換器6中進行熱回收的部分Wp相應(yīng)地，第二分配器20的出口 20b連接至第一冷卻塔 22的供應(yīng)管道；另一出口 20c連接至熱交換器6的供應(yīng)管道6c。 熱灌裝系統(tǒng)1還包括用于冷卻灌裝好的瓶子16的瓶子冷卻器28。所述冷卻器包 括用于傳熱介質(zhì)3的供應(yīng)管道28c和返回管道28d，并與第三可調(diào)整三通分配器30、熱交換 器6和第二冷卻塔32 —起形成第二傳熱介質(zhì)線路34。在此，第三分配器30的入口 30a從 瓶子冷卻器28的返回管道28d流入，并在第一位置中，將在瓶子冷卻器28中加熱的傳熱介 質(zhì)3經(jīng)由出口 30b傳輸至熱交換器6的供應(yīng)管道6c，以將來自瓶子冷卻器28的熱能傳遞至 熱交換器6。在第二位置中，第三分配器30經(jīng)由出口 30c短接瓶子冷卻器28的供應(yīng)管道 28c和返回管道28d。 液體2例如為飲料，如水、牛奶、果汁、啤酒、檸檬水或其它的液體，通過熱作用被
處理，并以加熱狀態(tài)被灌裝。液體可以包含乳狀液、懸浮液和/或泡沫。 熱交換器6例如可以為傳統(tǒng)的板狀或管狀熱交換器，且優(yōu)選在50-8(TC的供應(yīng)溫
度處運轉(zhuǎn)。在圖1中，為清楚考慮，兩條傳熱介質(zhì)線路24和34都分別地與供應(yīng)管道6c和
返回管道6d并聯(lián)連接。然而，例如通過止回閥、通過用于每個線路的分開的供應(yīng)管道6c和
返回6d或者通過兩級結(jié)構(gòu)的熱交換器6，線路也可以彼此分開。毫無疑問的是，兩條線路
24、34都可以用來預(yù)加熱液體2，并且在需要時可以被組合和優(yōu)化。同樣，只要它們滿足所
描述的功能，冷卻塔22和32與它們的冷卻能力以及相應(yīng)的容積流量可以用不同于圖1所
示的方式分別被連接和控制。 預(yù)熱器8例如可以用蒸汽加熱。 加熱器10例如是傳統(tǒng)的、蒸汽操作的具有熱保持路徑的快速加熱器，例如為了巴 氏殺菌，將被加熱的液體2在熱保持路徑上以處理溫度TB保持特定時間段。加熱器10可以 包括用于將被處理的液體2調(diào)整至適合灌瓶的例如85t:的溫度的校正冷卻器(未顯示)。 在這個過程中，從液體2釋放的熱能盡可能地返回至加熱器10的入口，以加熱后續(xù)流入的 液體2。 分配器12例如為電控混合閥，液體部分FK和FA可以采用該電控混合閥以盡可能 細微地分級的方式或連續(xù)的方式彼此相關(guān)聯(lián)地變化，并且還可以被設(shè)置以使液體2僅經(jīng)過 裝瓶機14或僅經(jīng)過二次冷卻器18。 裝瓶機14將供給至它的加熱的液體2以傳統(tǒng)的方式連續(xù)地灌入瓶子16。瓶子16 例如可以由玻璃或塑料制成。例如袋子的其它容器也可以被灌裝。 灌裝好的瓶子16例如通過噴水而在瓶子冷卻器28中被冷卻至例如30°C的適合進一步處理的溫度。瓶子冷卻器28例如可以被設(shè)計為多級冷卻隧道。例如，瓶子冷卻器28 例如可以被設(shè)計從而獲得盡可能高的返回溫度，例如，在5(TC至80°C的范圍內(nèi)，以優(yōu)化在 熱交換器6上的熱回收效率。這可以通過下述方式實現(xiàn)，例如，通過以合適的方式設(shè)計冷卻 隧道的單獨的冷卻級，和/或通過增加瓶子16在瓶子冷卻器28中的停留時間，或者通過降 低傳熱介質(zhì)3通過瓶子冷卻器28的容積流量。 第三分配器30優(yōu)選為電控開關(guān)閥，該電控開關(guān)閥使流出瓶子冷卻器28的返回管 道28d的加熱的傳熱介質(zhì)3或者全部輸送至熱交換器6的供應(yīng)管道6c，或者，然而通過短接 的方式，將流出瓶子冷卻器28的返回管道28d的加熱的傳熱介質(zhì)3返回至瓶子冷卻器28 的供應(yīng)管道28c。在暫時沒有灌裝好的瓶子16進入瓶子冷卻器28的情況下，短接操作防止 或延遲瓶子冷卻器28的冷卻。然而，第三分配器30還可以被構(gòu)造為混合閥。
二次冷卻器18優(yōu)選地被設(shè)置以便實現(xiàn)盡可能高的例如50-80°C的返回溫度，以在 熱交換器6上實現(xiàn)盡可能高的熱回收效率。在此，在液體2在收集桶4中與未處理的液體 2混合之前，液體2應(yīng)當被冷卻至接近未處理液體2的溫度，例如至約20-4(TC的溫度。
采用本發(fā)明的熱灌裝系統(tǒng)l，能夠在各個想要的溫度已經(jīng)到達之后在正常運行期 間以下如方式運行，并且連續(xù)灌裝瓶子16且將它們引入瓶子冷卻器28 :
液體2連續(xù)地從收集桶4流過熱交換器6，由此，液體被加熱至預(yù)熱溫度Tv。如果 熱交換器6的熱容量不足，液體2還在預(yù)熱器8中被加熱至溫度Tv。隨后，液體2例如在真 空脫氣工藝(未顯示)和/或其它工藝中被處理，并被輸送至加熱器10。在該加熱器中，例 如用于巴氏殺菌，液體2在某一時間期間被加熱至處理溫度1b，其中Tb > Tv。被處理的液 體2的部分Fa被送入裝瓶機14，并優(yōu)選在80-9(TC的溫度處在該裝瓶機中灌入瓶子16。被 處理的液體2的剩余部分FK被送入二次冷卻器18 ;在那里，它被冷卻至20-40°C ，并再次返 回到收集桶4。液體2在正常運行期間的按比例返回確保灌裝系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。結(jié)果，例如 避免了由于缺少由延遲的灌裝引起的生產(chǎn)停頓使得液體2必須被丟棄的情況。在正常運行 期間，比率FK/FA為0. 05-0. 2。優(yōu)選地，比率FK/FA為0. 1-0. 15。 在正常運行期間，在熱交換器6中可用的大部分的發(fā)熱能力源自瓶子冷卻器28。 來自返回管道18d和28d上的傳熱介質(zhì)線路24和34的可用熱能的比率分別地近似對應(yīng)于 在正常運行期間的比率FK/FA。 在瓶子冷卻器28中的熱回收、和二次冷卻器18中的熱回收、以及加熱介質(zhì)線路34 和24中的熱回收，可以分別地組合，以最小化在正常運行期間在灌裝系統(tǒng)1中的能量損失， 和/或優(yōu)化其控制。 采用本發(fā)明的熱灌裝系統(tǒng)1，能夠以如下方式在故障情況下、特別是在裝瓶機14 停頓的情況下運行 —旦裝瓶機14停止，全部被加熱的液體2應(yīng)當在正常運行條件下循環(huán)，以能夠很 快地再繼續(xù)灌裝操作。 圖2示出了在裝瓶機14的運轉(zhuǎn)B和臨時停頓S期間在線路24和34中的可用于 能量回收的熱能。在正常運行期間，分別地具有來自線路24和34的大致為時間-常數(shù)的 可用熱能。 —旦裝瓶機14停止，全部液體2從第一分配器12輸送到二次冷卻器18中，并在 所述二次冷卻器中冷卻大約到未處理液體2的起始溫度。這將增加在二次冷卻器18的返
7回管道18d上的可利用的發(fā)熱能力，直到所述發(fā)熱能力對應(yīng)于正常運行期間瓶子冷卻器14 的輸出能力。 即使在裝瓶機14已經(jīng)停止之后，已經(jīng)灌裝好的瓶子16仍然被輸送至瓶子冷卻器 28，使得與正常運行期間相同的發(fā)熱能力在瓶子冷卻器28的返回管道28d上最初還是可用 的，例如，持續(xù)兩分鐘的時間。從時間S'開始，在所有的被傳送的瓶子16已經(jīng)被冷卻之后， 在瓶子冷卻器28上可用的發(fā)熱能力不斷下降。從圖2中可以看出，瓶子冷卻器28可用的 熱輸出能力通常以比二次冷卻器18低的速度增加或降低。 為了延緩瓶子冷卻器28的冷卻，第三分配器30在時間S'處短接瓶子冷卻器28 的供應(yīng)管道28c和返回管道28d，并且同時阻止從第二冷卻塔32流入供應(yīng)管道28c。
當裝瓶機14的運轉(zhuǎn)恢復(fù)時，第一分配器12再次重啟為正常運行，使得僅將初始的 液體部分FK輸送至二次冷卻器18。結(jié)果，在二次冷卻器18的返回管道18d上可用的發(fā)熱 能力再次下降至正常運行期間常有的值。 由于瓶子冷卻器28上可用的熱輸出能力增加的速度比二次冷卻器18的能量降低 的速度低，如圖2所示，熱交換器6上可用的發(fā)熱能力總的來說可能臨時降低到預(yù)加熱液體 2所需要的最小值之下，為此，必須由預(yù)熱器8提供額外的熱能。 由于分別結(jié)合在瓶子冷卻器28中的、和在二次冷卻器18中、以及在熱介質(zhì)線路34 和24中的熱能回收，則液體2可以主要由回收的能量預(yù)加熱，并且與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，其它
權(quán)利要求
一種用于液體、特別是用于飲料的利用熱回收的熱灌裝系統(tǒng)(1)，包括熱交換器(6)，所述熱交換器用于將所述液體(2)預(yù)加熱至第一溫度(TV)；加熱器(10)，所述加熱器設(shè)置在所述熱交換器(6)的下游，用于將所述液體(2)加熱至比所述第一溫度(TV)高的第二溫度(TB)；第一分配器(12)，所述第一分配器設(shè)置在所述加熱器(10)的下游，用于將所述液體(2)分成將被灌裝到瓶子(16)中的部分(FA)和將返回至所述熱交換器(6)的入口(6a)的部分(FR)；裝瓶機(14)，所述裝瓶機設(shè)置在所述第一分配器(12)的下游，用于將所述液體(2)灌裝到所述瓶子(16)中；和二次冷卻器(18)，所述二次冷卻器設(shè)置在所述第一分配器(12)的下游，用于冷卻所述將返回的部分(FR)，其特征在于所述二次冷卻器(18)的返回管道(18d)連接至所述熱交換器(6)的供應(yīng)管道(6c)，從而將來自所述二次冷卻器(18)的熱能傳遞至所述熱交換器(6)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱灌裝系統(tǒng)，其特征在于在裝瓶機(14)停頓時，第一分配器(12)使液體(2)基本上全部地通過所述二次冷卻器(18)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱灌裝系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還包括第二分配器(20)，所述第二分配器(20)調(diào)整將被從所述二次冷卻器(18)送入所述熱交換器(6)中的傳熱介質(zhì)(3)的部分(WK)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的熱灌裝系統(tǒng)，其特征在于在所述裝瓶機(14)運轉(zhuǎn)期間，所述第一分配器(12)分配所述液體(2)，使得所述將返回的部分(FK)占將被灌裝的部分(FA)的10-15%。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的熱灌裝系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括用于冷卻被灌裝的瓶子(16)的瓶子冷卻器(28)，所述瓶子冷卻器(28)具有連接至所述熱交換器(6)的所述供應(yīng)管道(6c)的返回管道(28d)，以將來自所述瓶子冷卻器(28)的熱能傳遞至所述熱交換器(6)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱灌裝系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還包括第三分配器(30)，所述第三分配器(30)將來自所述瓶子冷卻器(28)的所述返回管道(28d)的傳熱介質(zhì)(3)選擇性地進入所述熱交換器(6)中或所述瓶子冷卻器(28)的所述供應(yīng)管道(28c)中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱灌裝系統(tǒng)，其特征在于當在所述瓶子冷卻器(28)中沒有瓶子(16)被冷卻時，所述第三分配器(30)將來自所述瓶子冷卻器(28)的所述返回管道(28d)的所述傳熱介質(zhì)(3)送入所述瓶子冷卻器(28)的所述供應(yīng)管道(28c)。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的熱灌裝系統(tǒng)，其特征在于所述熱交換器(6)的供應(yīng)溫度為60-75°C。
9. 一種利用熱回收的熱灌裝液體、特別是飲料的方法，該方法包括下述步驟將所述液體(2)預(yù)加熱至第一溫度(Tv);將所述液體(2)加熱至比所述第一溫度(Tv)高的第二溫度(TB);將被加熱的液體(2)分成將被灌裝到瓶子(16)中的部分(FA)和將被再循環(huán)用于重新預(yù)加熱的部分(FK);將所述將被灌裝的部分(FA)灌裝到瓶子(16)中；以及再冷卻所述將返回的部分(FK)，其特征在于，利用在所述將返回的部分(FK)的再冷卻期間回收的熱能預(yù)加熱所述液體(2)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于在裝瓶過程中，所述將返回的部分(FK)被設(shè)置為占所述將被灌裝的部分(FA)的10-15%。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于當所述裝瓶過程中斷時，所述液體(2)全部地返回。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9至11中的任一項所述的方法，其特征在于該方法還包括下述步驟冷卻被灌裝的瓶子；以及利用在所述瓶子冷卻期間回收的熱能預(yù)加熱所述液體(2)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于當所述裝瓶過程中斷時，利用所述瓶子的冷卻期間回收的熱能和在再冷卻期間回收的熱能預(yù)加熱所述液體(2)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述瓶子的冷卻期間回收的熱能僅在所述瓶子正被冷卻的時候的期間用于預(yù)加熱所述液體(2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于液體的利用熱回收的熱灌裝系統(tǒng)，并涉及相應(yīng)的方法，其中，在加熱和灌裝液體之前首先是在熱交換器中預(yù)加熱。將被灌裝的被加熱的液體的部分在二次冷卻器中再次冷卻并且再循環(huán)。二次冷卻器的返回管道在此連接至熱交換器的供應(yīng)管道，從而將來自二次冷卻器的熱能傳遞至熱交換器。與已知的系統(tǒng)相比，本發(fā)明降低能量損失。
文檔編號B67C3/02GK101734591SQ20091021214
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月10日
發(fā)明者托爾斯滕·倫格, 福爾克爾·里希特, 達尼洛·舒爾茨 申請人:克朗斯股份公司