CN101734591B - 利用热回收的热灌装系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于液体的利用热回收的热灌装系统，并涉及相应的方法，其中，在加热和灌装液体之前首先是在热交换器中预加热。将被灌装的被加热的液体的部分在二次冷却器中再次冷却并且再循环。二次冷却器的返回管道在此连接至热交换器的供应管道，从而将来自二次冷却器的热能传递至热交换器。与已知的系统相比，本发明降低能量损失。

Description

利用热回收的热灌装系统

技术领域

本发明涉及一种用于液体、特别是用于饮料的利用热回收的热灌装系统。

背景技术

巴氏杀菌(如在快速加热器中)之后的热灌装是用于在保藏或耐用条件下将饮料灌入瓶子或袋子中的惯用方法。通常，未处理的饮料被预热、脱气，且随后进行巴氏杀菌。在灌装工艺之后，如在85℃，灌装好的瓶子在冷却剂流的帮助下(如通过喷雾方式)在瓶子冷却器中冷却至适合进一步处理的如30℃的温度。

从T.Herty发表在2002年8月的Flüssiges Obst(第508-510页)的“(具有持续抽真空装置的可清洗管道的巴氏消毒设备)Molchbare Pasteuranlagemit kontinuierlicher Vakuumentgasung”中了解的是，在饮料热灌装期间、特别是在装瓶机的停止时，已经进行巴氏杀菌的液体在二次冷却器被冷却，并通过缓冲器再次混合至未处理的液体中。

从DE 10 2005 053 005 A1中了解的更多的是，热灌装饮料袋由冷却剂流而被冷却，并且冷却剂流被循环使得吸收的热能再次被释放至将要被加热的饮料。

从被灌装的瓶子或袋子中释放的热能例如被传递至热交换器，用于预加热将被处理的液体。相反，在还未被灌装的液体的重新冷却期间释放的热能在冷却塔中的已知的热灌装系统中消散，并且呈现能量损失。当还未被灌装的加热的液体的特定部分被重新冷却并再次混合至未处理的液体中以稳定系统运转的无故障正常运行期间，这也是必须予以考虑的。

发明内容

本发明的目的是与已知的系统相比降低热灌装期间的能量损失。

该系统包括：热交换器，用于将液体预加热至第一温度；加热器，设置在热交换器的下游，用于将液体加热至比第一温度高的第二温度；第一分配器，设置在加热器的下游，用于分配液体，如将液体分成将被灌装到瓶子、罐或袋子等中的部分和将返回至热交换器的入口的部分；装瓶机，设置在第一分配器的下游，用于将液体灌装到瓶子中；和二次冷却器，设置在第一分配器的下游，用于冷却将返回的部分。所述二次冷却器的返回管道连接至所述热交换器的供应管道，从而将来自所述二次冷却器的热能传递至所述热交换器。

该目的由上述热灌装系统来实现。因此，二次冷却器的返回管道连接至热交换器的供应管道，从而将来自二次冷却器的热能传递至热交换器。

结果，可以利用重新冷却期间回收的热能预加热液体，并且可以降低能量损失。

较佳地，在装瓶机停顿时，第一分配器基本上使液体全部通过二次冷却器。这使回收可用的能量的值最大化。

较佳地，该热灌装系统还包括第二分配器，第二分配器调整将被从二次冷却器送入热交换器中传热介质的部分。因此，将被传递的发热能力可以以选择的方式计量。

在本发明的进一步的优选改进中，第一分配器在装瓶机运转期间分配液体，使得将返回的部分占到将被灌装的部分的10-15％。这确保了该系统的稳定控制。

较佳地，该热灌装系统还包括瓶子冷却器，用于冷却被灌装的瓶子，瓶子冷却器具有连接至热交换器的供应管道的返回管道，以将来自瓶子冷却器的热能传递至热交换器。结果，冷却期间释放的热能可以被回收，并且再次用来加热液体。

在本发明的改进中，该热灌装系统还包括第三分配器，第三分配器将来自瓶子冷却器的返回管道的传热介质选择性地送入热交换器中或送入瓶子冷却器的供应管道中。结果，可以以指定的方式控制回收的热能，并且在需要时，热输送介质可以循环使用。

有利的是，当没有瓶子在瓶子冷却器中冷却时，第三分配器将来自瓶子冷却器的返回管道的传热介质送入瓶子冷却器的供应管道。这延缓了瓶子冷却器的不希望的冷却。

较佳地，热交换器的供应温度为60-75℃。这使得热回收特别有效。

下面的目的还由如下热灌装液体的方法来实现：一种利用热回收的热灌装液体、特别是饮料的方法，该方法包括下述步骤：

将所述液体预加热至第一温度；

将所述液体加热至比所述第一温度高的第二温度；

将被加热的液体分成将被灌装到瓶子中的部分和将被再循环用于重新预加热的部分；

将所述将被灌装的部分灌装到瓶子中；以及

再冷却所述将返回的部分，

其特征在于，

利用在所述将返回的部分的再冷却期间回收的热能预加热所述液体。

因此，采用在将返回的部分的再冷却期间回收的热能预加热液体。

较佳地，将返回的部分设置为在装瓶过程中占到将被灌装的部分的10-15％。这确保了该系统的稳定控制。

较佳地，一旦装瓶工艺中断，液体全部返回。这使回收过程可用的能量值最大化。

较佳地，该方法还包括下述步骤：冷却灌装好的瓶子；以及利用在瓶子冷却期间回收的热能预加热液体。因此，冷却期间释放的热能可以被回收，并再次用来加热液体。

较佳地，当装瓶工艺中断时，利用在瓶子冷却期间回收的热能和在再冷却期间回收的热能来预加热液体。这确保在停顿期间预加热尽可能地稳定，并最小化在预加热期间从其它热源送入的能量值。

较佳地，在瓶子冷却期间回收的热能仅用来在瓶子正被冷却的时间段内预加热液体。防止了用于瓶子冷却过程的设备快速冷却的情况发生。

附图说明

在附图中描述了优选实施方式，其中：

图1示出了本发明的热灌装系统的示意图；

图2示出了当瓶灌装工艺临时停止时，热回收的可用热能的图示曲线。

具体实施方式

图1示意性地示出用于液体2、特别是用于饮料的热灌装系统1。以虚线示出的箭头表示液体2的流动方向；以实线示出的箭头表示诸如水的传热介质的流动方向。

相应地，热灌装系统1包括用于临时储存将被处理和灌装的液体2的收集桶4，该收集桶具有沿其下游串联设置的热交换器6、预热器8、加热器10、以及具有入口12a和两个出口12b和12c的第一可调整三通分配器12。

热交换器6包括用于液体2的入口6a和出口6b、以及用于传热介质的供应管道6c和返回管道6d，并将液体2预加热至预热温度T_V，该预热温度T_V例如是在脱气装置(未显示)中的液体传统的脱气所需要的温度。

在必要时，例如在热交换器6的发热能力不足的情况下或者在系统1启动时，预热器8额外地预加热液体2。

在加热器10中，液体2被加热至比预热温度T_V高的处理温度T_B。

第一分配器12将流出加热器10的液体2分配进入将被灌装的部分F_A中，和分配进入将返回到生产线或收集桶4中的部分F_R中。相应地，第一分配器12的出口12b在出口的下游设置将液体部分F_A灌装到瓶子16中的灌瓶机14。出口12c在出口的下游设置具有用于液体2的入口18a和出口18b、以及用于传热介质的供应管道18c和返回管道18d的二次冷却器18。二次冷却器18的出口18b带回到收集桶4。

二次冷却器18与第二可调整三通分配器20、热交换器6和第一冷却塔22一起形成第一传热介质线路24。第二分配器20的入口20a从二次冷却器18的返回管道18d流入，并将传热介质的流束分成用于在第一冷却塔22中进行外部散热的部分W_E和用于在热交换器6中进行热回收的部分W_R。相应地，第二分配器20的出口20b连接至第一冷却塔22的供应管道；另一出口20c连接至热交换器6的供应管道6c。

热灌装系统1还包括用于冷却灌装好的瓶子16的瓶子冷却器28。所述冷却器包括用于传热介质的供应管道28c和返回管道28d，并与第三可调整三通分配器30、热交换器6和第二冷却塔32一起形成第二传热介质线路34。在此，第三分配器30的入口30a从瓶子冷却器28的返回管道28d流入，并在第一位置中，将在瓶子冷却器28中加热的传热介质经由出口30b传输至热交换器6的供应管道6c，以将来自瓶子冷却器28的热能传递至热交换器6。在第二位置中，第三分配器30经由出口30c短接瓶子冷却器28的供应管道28c和返回管道28d。

液体2例如为饮料，如水、牛奶、果汁、啤酒、柠檬水或其它的液体，通过热作用被处理，并以加热状态被灌装。液体可以包含乳状液、悬浮液和/或泡沫。

热交换器6例如可以为传统的板状或管状热交换器，且优选在50-80℃的供应温度处运转。在图1中，为清楚考虑，两条传热介质线路24和34都分别地与供应管道6c和返回管道6d并联连接。然而，例如通过止回阀、通过用于每个线路的分开的供应管道6c和返回6d或者通过两级结构的热交换器6，线路也可以彼此分开。毫无疑问的是，两条线路24、34都可以用来预加热液体2，并且在需要时可以被组合和优化。同样，只要它们满足所描述的功能，冷却塔22和32与它们的冷却能力以及相应的容积流量可以用不同于图1所示的方式分别被连接和控制。

预热器8例如可以用蒸汽加热。

加热器10例如是传统的、蒸汽操作的具有热保持路径的快速加热器，例如为了巴氏杀菌，将被加热的液体2在热保持路径上以处理温度T_B保持特定时间段。加热器10可以包括用于将被处理的液体2调整至适合灌瓶的例如85℃的温度的校正冷却器(未显示)。在这个过程中，从液体2释放的热能尽可能地返回至加热器10的入口，以加热后续流入的液体2。

分配器12例如为电控混合阀，液体部分F_R和F_A可以采用该电控混合阀以尽可能细微地分级的方式或连续的方式彼此相关联地变化，并且还可以被设置以使液体2仅经过装瓶机14或仅经过二次冷却器18。

装瓶机14将供给至它的加热的液体2以传统的方式连续地灌入瓶子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装。

灌装好的瓶子16例如通过喷水而在瓶子冷却器28中被冷却至例如30℃的适合进一步处理的温度。瓶子冷却器28例如可以被设计为多级冷却隧道。例如，瓶子冷却器28例如可以被设计从而获得尽可能高的返回温度，例如，在50℃至80℃的范围内，以优化在热交换器6上的热回收效率。这可以通过下述方式实现，例如，通过以合适的方式设计冷却隧道的单独的冷却级，和/或通过增加瓶子16在瓶子冷却器28中的停留时间，或者通过降低传热介质通过瓶子冷却器28的容积流量。

第三分配器30优选为电控开关阀，该电控开关阀使流出瓶子冷却器28的返回管道28d的加热的传热介质或者全部输送至热交换器6的供应管道6c，或者，然而通过短接的方式，将流出瓶子冷却器28的返回管道28d的加热的传热介质返回至瓶子冷却器28的供应管道28c。在暂时没有灌装好的瓶子16进入瓶子冷却器28的情况下，短接操作防止或延迟瓶子冷却器28的冷却。然而，第三分配器30还可以被构造为混合阀。

二次冷却器18优选地被设置以便实现尽可能高的例如50-80℃的返回温度，以在热交换器6上实现尽可能高的热回收效率。在此，在液体2在收集桶4中与未处理的液体2混合之前，液体2应当被冷却至接近未处理液体2的温度，例如至约20-40℃的温度。

采用本发明的热灌装系统1，能够在各个想要的温度已经到达之后在正常运行期间以下如方式运行，并且连续灌装瓶子16且将它们引入瓶子冷却器28：

液体2连续地从收集桶4流过热交换器6，由此，液体被加热至预热温度T_V。如果热交换器6的热容量不足，液体2还在预热器8中被加热至温度T_V。随后，液体2例如在真空脱气工艺(未显示)和/或其它工艺中被处理，并被输送至加热器10。在该加热器中，例如用于巴氏杀菌，液体2在某一时间期间被加热至处理温度T_B，其中：T_B＞T_V。被处理的液体2的部分F_A被送入装瓶机14，并优选在80-90℃的温度处在该装瓶机中灌入瓶子16。被处理的液体2的剩余部分F_R被送入二次冷却器18；在那里，它被冷却至20-40℃，并再次返回到收集桶4。液体2在正常运行期间的按比例返回确保灌装系统的稳定运行。结果，例如避免了由于缺少由延迟的灌装引起的生产停顿使得液体2必须被丢弃的情况。在正常运行期间，比率F_R/F_A为0.05-0.2。优选地，比率F_R/F_A为0.1-0.15。

在正常运行期间，在热交换器6中可用的大部分的发热能力源自瓶子冷却器28。来自返回管道18d和28d上的传热介质线路24和34的可用热能的比率分别地近似对应于在正常运行期间的比率F_R/F_A。

在瓶子冷却器28中的热回收、和二次冷却器18中的热回收、以及加热介质线路34和24中的热回收，可以分别地组合，以最小化在正常运行期间在灌装系统1中的能量损失，和/或优化其控制。

采用本发明的热灌装系统1，能够以如下方式在故障情况下、特别是在装瓶机14停顿的情况下运行：

一旦装瓶机14停止，全部被加热的液体2应当在正常运行条件下循环，以能够很快地再继续灌装操作。

图2示出了在装瓶机14的运转B和临时停顿S期间在线路24和34中的可用于能量回收的热能。在正常运行期间，分别地具有来自线路24和34的大致为时间-常数的可用热能。

一旦装瓶机14停止，全部液体2从第一分配器12输送到二次冷却器18中，并在所述二次冷却器中冷却大约到未处理液体2的起始温度。这将增加在二次冷却器18的返回管道18d上的可利用的发热能力，直到所述发热能力对应于正常运行期间瓶子冷却器14的输出能力。

即使在装瓶机14已经停止之后，已经灌装好的瓶子16仍然被输送至瓶子冷却器28，使得与正常运行期间相同的发热能力在瓶子冷却器28的返回管道28d上最初还是可用的，例如，持续两分钟的时间。从时间S’开始，在所有的被传送的瓶子16已经被冷却之后，在瓶子冷却器28上可用的发热能力不断下降。从图2中可以看出，瓶子冷却器28可用的热输出能力通常以比二次冷却器18低的速度增加或降低。

为了延缓瓶子冷却器28的冷却，第三分配器30在时间S’处短接瓶子冷却器28的供应管道28c和返回管道28d，并且同时阻止从第二冷却塔32流入供应管道28c。

当装瓶机14的运转恢复时，第一分配器12再次重启为正常运行，使得仅将初始的液体部分F_R输送至二次冷却器18。结果，在二次冷却器18的返回管道18d上可用的发热能力再次下降至正常运行期间常有的值。

由于瓶子冷却器28上可用的热输出能力增加的速度比二次冷却器18的能量降低的速度低，如图2所示，热交换器6上可用的发热能力总的来说可能临时降低到预加热液体2所需要的最小值之下，为此，必须由预热器8提供额外的热能。

由于分别结合在瓶子冷却器28中的、和在二次冷却器18中、以及在热介质线路34和24中的热能回收，则液体2可以主要由回收的能量预加热，并且与传统的系统相比，其它的外部能量输入显著降低。

Claims (14)

1.一种用于液体的利用热回收的热灌装系统(1)，包括：

热交换器(6)，所述热交换器用于将所述液体(2)预加热至第一温度(T_V)；

加热器(10)，所述加热器设置在所述热交换器(6)的下游，用于将所述液体(2)加热至比所述第一温度(T_V)高的第二温度(T_B)；

第一分配器(12)，所述第一分配器设置在所述加热器(10)的下游，用于将所述液体(2)分成将被灌装到瓶子(16)中的部分(F_A)和将返回至所述热交换器(6)的入口(6a)的部分(F_R)；

装瓶机(14)，所述装瓶机设置在所述第一分配器(12)的下游，用于将所述液体(2)灌装到所述瓶子(16)中；和

二次冷却器(18)，所述二次冷却器设置在所述第一分配器(12)的下游，用于冷却所述将返回至所述热交换器(6)的入口(6a)的部分(F_R)，

其特征在于：

所述二次冷却器(18)的传热介质的返回管道(18d)连接至所述热交换器(6)的传热介质的供应管道(6c)，从而将来自所述二次冷却器(18)的热能传递至所述热交换器(6)。

2.根据权利要求1所述的热灌装系统，其特征在于：在装瓶机(14)停顿时，第一分配器(12)使液体(2)基本上全部地通过所述二次冷却器(18)。

3.根据权利要求1或2所述的热灌装系统，其特征在于：该系统还包括第二分配器(20)，所述第二分配器(20)调整将被从所述二次冷却器(18)送入所述热交换器(6)中的传热介质的部分(W_R)。

4.根据权利要求1所述的热灌装系统，其特征在于：在所述装瓶机(14)运转期间，所述第一分配器(12)分配所述液体(2)，使得所述将返回至所述热交换器(6)的入口(6a)的部分(F_R)占将被灌装的部分(F_A)的10-15％。

5.根据权利要求1所述的热灌装系统，其特征在于：所述系统还包括用于冷却被灌装的瓶子(16)的瓶子冷却器(28)，所述瓶子冷却器(28)具有供应管道(28c)和连接至所述热交换器(6)的传热介质的供应管道(6c)的返回管道(28d)，以将来自所述瓶子冷却器(28)的热能传递至所述热交换器(6)。

6.根据权利要求5所述的热灌装系统，其特征在于：该系统还包括第三分配器(30)，所述第三分配器(30)将来自所述瓶子冷却器(28)的所述返回管道(28d)的传热介质选择性地进入所述热交换器(6)中或所述瓶子冷却器(28)的所述供应管道(28c)中。

7.根据权利要求6所述的热灌装系统，其特征在于：当在所述瓶子冷却器(28)中没有瓶子(16)被冷却时，所述第三分配器(30)将来自所述瓶子冷却器(28)的所述返回管道(28d)的所述传热介质送入所述瓶子冷却器(28)的所述供应管道(28c)。

8.根据权利要求1所述的热灌装系统，其特征在于：所述热交换器(6)的供应温度为60-75℃。

9.一种利用热回收的热灌装液体的方法，该方法包括下述步骤：

a)将所述液体(2)预加热至第一温度(T_V)；

b)将所述液体(2)加热至比所述第一温度(T_V)高的第二温度(T_B)；

c)将被加热的液体(2)分成将被灌装到瓶子(16)中的部分(F_A)和将被再循环用于重新预加热的部分(F_R)；

d)将所述将被灌装到瓶子(16)中的部分(F_A)灌装到瓶子(16)中；以及

e)再冷却所述将被再循环用于重新预加热的部分(F_R)，

其特征在于，

利用在步骤e)期间回收的热能预加热所述液体(2)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：在步骤d)过程中，所述将被再循环用于重新预加热的部分(F_R)被设置为占所述将被灌装到瓶子(16)中的部分(F_A)的10-15％。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于：当步骤d)中断时，所述液体(2)全部地返回。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于该方法还包括下述步骤：

f)冷却被灌装的瓶子；以及

g)利用在所述瓶子冷却期间回收的热能预加热所述液体(2)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：当步骤d)过程中断时，利用步骤f)期间回收的热能和在再冷却期间回收的热能预加热所述液体(2)。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述步骤f)期间回收的热能仅在所述瓶子正被冷却的时候的期间用于预加热所述液体(2)。

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