CN103040071B - 一种加热液体产品的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在液体产品灌装前对其进行加热的方法和设备。它包括a)对要进行瞬间杀菌的产品进行预热；b)校正冷却已瞬间杀菌的产品，尤其是为随后进行在热态下灌装的这一产品；c)中间存储由步骤b)中被加热的冷却水，用作步骤a)中的加热水，在这里，把在已灌装的产品的冷却过程和/或未灌装产品的再次冷却过程中获得余热供给中间存储冷却水。甚至在不断变化的运行过程中，仍然可获得恒定量的热量，能够对产品进行温和的处理。

Description

一种加热液体产品的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种液体产品灌装前的加热方法及其装置。

背景技术

液态产品，比如果汁和类似产品，一般是经过热处理后进行保存，最好在热态下灌装进容器。热处理的一个示例是在瞬间杀菌器内进行瞬间巴氏灭菌。该类装置通常包括一个进行热处理的加热器、一个在进行热处理前对产品进行预热使其温度达到适应加热器入口温度要求的预热单元以及一个用于在对产品进行热处理后冷却产品的温度以适应灌装要求的校正冷却单元。

此后，由DE 29710507 U1可知，在对产品进行冷却时产生余热，可以回收并用于对后续的产品进行加热。

从DE 10351689 A1进一步可知，所有装置为了加热已经灌装的产品，从瓶式冷却通道的各个阶段收集热水和冷水并且把它们回送到瓶式冷却通道的各个阶段，把有一定温度的水的喷到瓶子上以便最大效率地使用热能量。

在瞬间杀菌器内，根据热处理装置的不同操作状态（如灌装过程启动、关闭、中断及类似阶段），在设备的各个不同部分，相应热量值的变动会非常大。

为了仔细地进行产品热处理，最好能使各个处理阶段的处理温度是尽可能一致的，并且，产品处理时的在尽可能低的过度压力下进行。然而，这一目标通过目前的带有热量回收的处理装置不能充分实现。

发明内容

因此，就需要有对流动产品的回收瞬间杀菌热量的办法及有效改善这方面的问题的处理设备。

上述目标可以通过权利要求1中所述的方法实现，该方法包括以下步骤： 

a) 对要进行瞬间杀菌的产品进行预热；

b) 校正冷却已瞬间杀菌的产品，尤其是为随后进行在热态下灌装的这一产品；及

c) 中间存储由步骤b)中被加热的冷却水，用作步骤a)中的加热水，在这里，把在已灌装的产品的冷却过程和/或未灌装产品的再次冷却过程中获得余热供给中间存储冷却水。

通过中间存储，在被处理产品冷却过程中获得的热量也可以用在不同的操作阶段预热产品，尤其是处理装置的启动和关闭阶段。通过将热处理设备不同阶段中产生的余热提供至中间存储的冷却水，可以收集不同操作状态下产生的余热，并随着时间逐渐均匀分布。因此依据本发明所述的方法特别适用于不同液态产品的温和瞬间杀菌，比如饮料的巴氏杀菌。因此，回收的用于预热的总热量增加，因此能量消耗得到了优化。

更好地，所述的余热以传热水的形式进行中间存储，之后与被加热的冷却水一起作为加热水。这种热回收和中间存储特别容易实现，这是因为，在中间存储器内，可以加入两个水循环系统。但是，余热的回收量也可以通过热交换器在热水和传热水之间传递。

优选地，来自再冷却过程的被加热的冷却水的热量被输送至传热水。这样，冷却水比传热水温度更高。通过这种方式，可用来加热水进行加热的余热进一步增加了。

更好地，对由再冷却过程流回的冷却水的温度以及传热水的温度进行测量。可以进行温度比较，从而确定是某个适当温度的传输是否可行。

更好地，只有当从再次冷过程流回的冷却水比传热水温度至少高2 °C，特别是至少高5 °C时对传热水的热传导才被允许。这种温度差允许有效的热回收，而避免对传热水的不必要的冷却。温差至少 8 °C时尤其有效。

基本上，只要冷却水的温度比传热水的温度高，就可以根据上述系统的发明进行操作。

本发明中更为有效的情况是，自步骤a)中所述的预热过程回流的加热水用于进行校正冷却。之后加热水的温度就变得适合冷却，那么用于校正冷却的单独冷却回路就可有可无了。

更好地，在步骤b)中进行温度校正后对产品温度进行测量，根据测量温度将从预热过程中流回的加热水按比例用于步骤b)中的冷却水。这样做非常有利，因为校正冷却单元中要求的制冷量和预加热装置中要求的加热能力在热处理阶段几乎不变，因此，能够提供一个简单、稳定的控制回路。

剩余的从预热过程中流回的加热水用于加热传热水为步骤c)提供余热。通过这种方式，热传递循环就可以轻松实现了。

上述目标可以通过权利要求9的装置进一步实现。它包括一个对要进行加热的产品进行预热的预热单元、一个用于对已瞬间杀菌的产品进行冷却——尤其是为随后进行在热态下灌装的这一产品的校正冷却单元、一个用于对在校正冷却单元被加热的冷却水进行中间存储的缓冲罐、一个能将缓冲罐出口和预热单元的流动管路连接的热水循环系统、一个用于给缓冲罐提供来自容器冷却单元和/或再冷却单元的余热的热传输循环系统。

通过缓冲罐，即使是在不同的操作状态下，尤其是在处理设备启动和关闭阶段，被处理产品冷却过程中获得的热量能够被统一输入到预热单元。另外，可以在热处理设备的不同阶段，向缓冲罐提供被加热的水。通过这种方式，可以收集不同操作状态中产生的热量，随着时间将其平均分配。 因此与此发明相应的方法尤其适用于减少过度压力的情况下的不同液态产品的温和瞬间杀菌，比如饮料的加热杀菌。

优选地，它还有一个设置在预热单元的回流管路中，用以分别将它和校正冷却单元以及热传输循环系统进行连接控制装置。通过该控制装置，矫正冷却单元的上游冷却流能够调整以便获得一个恒定的产品温度。从预热单元返回的水流增加的比例可以提供给容器冷却单元。这样的控制系统能够通过简单的方式实现，因为在批次产品处理中，校正冷却单元中形成的余热量基本是恒定的。同样，预热产品所需要的热量也大致是恒定的，几乎不受处理装置操作阶段的影响。

还有一个用于从再冷却单元的回流管路向热传输循环系统传递余热，特别是借助于热交换器进行传递的热传输管路。

通过这种方式，可返回的热量就会额外增加。因此，热量特别可以在产品未灌装的操作阶段回收。这点与从容器冷却装置的热量回收结合起来效果更好，这样，在产品灌装操作阶段和产品未灌装的操作阶段都可以回收余热用于预热。因此，余热尤其可以一致地输入缓冲罐。

通过热交换器，例如，从卫生角度考虑，来自输热管线的热量也可以供至一个箱子里，在这个箱子里，输热管线本身不能是热水循环机构或者输热循环机构的一部分。作为一种选择，缓冲罐处可以安装热交换器，以便直接向后续过程提供来自热传输管线的热量。

更好地，热传输管路中的流体流动是可控制的，特别是根据与热传输循环系统的温差来进行控制。在再冷却单元的回流管路中设置控制装置，能够根据余热的可用度和需求，实现热量的按计量供应。为此目的，可以设置一个对比装置，对输热管线和热传输循环系统中的水温度进行对比，这样能够确保只有当输热管线的水温高于热传输循环系统的水温预先设定的程度时，才会进行热量传送。此处特别是可以避免热传输循环系统里面水被输热管线所冷却。

具体地，它还有一个再冷却单元，再冷却单元带有至少两个在水侧的用于从最热端、特别是从再冷却单元的最热段给缓冲罐提供余热的结构。通过这种方式，可以在输热管线内提供想要的有利高温度水平。通过这种方式，尤其可以实现输热管线中的水温高于热传输循环系统中的水温。

更好地，它还有至少一个用于从清洗容器和/或酿酒厂给缓冲罐提供余热远程热传输管路。这样以来，用于预加热产品的返回预热的比例就进一步增加了。而且，通过连接远程热源，可以向缓冲罐提供更稳定的热量供应。为此目的，可以在各自的远程热源输入线中安装适当的控制流动的控制装置。

更好地，在缓冲罐上设置有清理门，比如废水排放口。这样就可以很轻易的清理缓冲罐和与之相连的热传输循环系统了。

附图说明

该发明的优选实施例在附图中已经呈现，在这些图中：

图1展示了管路原理图和优选实施例的仪器流程图；

图2为图1的流程图中两阶段再次冷却单元的详细图。

具体实施方式

从图1中可以看出，本发明所述的对液态产品（如饮料）进行瞬间杀菌的设备，包括一个预热单元3，用于预热产品P，以便接下来直接进行瞬间杀菌。一个校正冷却单元5，用来调整之前已经进行了瞬间杀菌产品P'的温度TP'，尤其是为了之后对被处理过的产品P'的热态灌装。缓冲罐7为预热单元3中间存储热水HW。

而且，设置了热水循环系统9，通过该循环系统，加热水HW由缓冲罐7的出口7a被输送至预热单元3的管路3a。

从预热单元3的回流管路3b流回的被冷却了的加热水HW'的第一部分水作为冷却水KW被导入至校正冷却单元5的管路5a。在校正冷却过程中被加热的冷却水KW'流出校正冷却单元5的回流管5b，流入缓冲罐7的第一个入口7b，在那里作加热水HW的第一部分进行中间存储。

在预热单元3和校正冷却单元5之间，设有一个用于对产品P瞬间杀菌（例如加热杀菌）的处理单元10，该装置的方式为公知方式。例如，包括一个加热器11和一个保温单元13。预热单元3、加热器11和校正冷却单元5通过公知的热交换器等联系在一起。保温单元13包括，例如，为公知的管道部分或者管道系统的设计方式。

从缓冲罐7流出来的加热水HW，通过一个热交换器（图中未表示）进一步加热，例如通过蒸汽进行加热。加热器11也可以通过公知方式以蒸汽进行加热（未呈现）。

加热水HW和预热单元3被校正冷却单元5回收的热量（最好也）和进一步冷却单元的余热所加热。进一步冷却单元，如图1范例所示，包括一个容器冷却单元15和再冷却单元17，容器冷却单元15用来对已灌装的产品P''进行冷却，再冷却单元17对经过瞬间杀菌但仍未被灌装、将被返回至介质分配装置（未显示）或者类似装置的产品P'进行冷却。

为了回收容器冷却单元15的热量，设置了一个热传输循环系统19。热传输循环系统19在控制装置20（例如一个可调节片）的作用下从热水循环9分支出来，将预热单元3中冷却的加热水HW'分开。从此处，热传输循环系统19将第二部分的回流加热水HW'作为传热水WA引导至位于容器冷却单元15区域的热交换器21，之后引导至缓冲罐7的第二个入口7c。在热交换器21的帮助下，在被灌装容器冷却中获得的余热被传输至热传输循环系统19，以这种方式加热的传热水WA'之后被中间存储至缓冲罐7。

在容器冷却单元15中可用的余热依赖于图示中用来将产品P'灌装于容器中的灌装单元22的操作状态，在校正冷却单元5中，在操作阶段有全程基本恒定的可用的热量，可以持续被提供至带有被加热的冷却水KW'的缓冲罐7。因此，在缓冲罐7的帮助下，可以从不同冷却单元收集余热，随着时间平均分配，以便在预热单元3的管路3a中提供合适的返回热量流，即使在单独处理装置的操作阶段不规则或者有变化的时候，仍能如此。

根据借助于温度测量装置23于校正冷却单元5背后所测得的产品温度TP'，控制装置20为校正冷却单元5提供了第一部分自预热单元3回流而来的水HW'以作为冷却水KW。剩余未用于校正冷却单元的预热单元3回流水HW'则作为传热水WA传输至热传输循环系统19中。因此，预热所需的热量和校正冷却时需冷却的热量，包括缓冲罐7，正好可用作为待处理产品P的持续流；同时，过多和/或不断变化的热量可从热处理产品中重新获取，并在适当的时候用于下一个产品的热处理。通过于缓冲罐7的中间存储，可在能量消耗低且低过压的情况下，细致地对产品进行统一的高温瞬间灭菌。 

此外，如附图1所示，在热传输循环系统19中，设置一深度加热交换器24可更好地为于容器冷却单元15区域内加热的传热水WA'提供更多的热量来加热，并回流至缓冲罐7中。然后，相应地可在缓冲罐7的入口7c处获得更加热的传热水WA''。因此而产生的多余热量可从至少1个产品深度冷却装置，比如再冷却单元17，传输至热交换器24。为此，设一热传输管路25，即在实施例中连接再冷却单元17的回流管路17a和热交换器24的管路。  

在热传输循环系统19和热传输管路25中，温度测量装置27和28设于热交换器24的前面，以测量和对比热传输循环系统9和热传输管路25中的水温。这样能够确保只有当热传输管路25中的水温比热传输循环系统19中的水温高出预定量时热交换器24内才可以进行传热。例如，合适的温差至少为最少5℃，特别是至少10℃则更好。 

换言之，只有当再冷却单元17的余热适量时，热交换器24内才会进行热交换。与校正冷却单元5相比，再冷却单元17中的余热在运行操作中则是间断性产生的。然而，在这里也一样，缓冲罐7内的中间存储能够有效地利用再冷却单元17中短暂产生的余热。因此，缓冲罐7一般将连续产生的余热（如来自校正冷却单元的余热）和不规则产生的余热（如来自再冷却单元17和/或容器冷却单元15的被加热了的冷却水WR'）进行合并。 

为了维持正常运行，如图1所示，在容器冷却单元15处另外加装了一个热交换器29及相应的冷却塔30。

同样地，缓冲罐7的清理口7d亦有标识，通过其可清理缓冲罐7和与之相连的水循环管路。 

如图2所示，优选的，再冷却单元17设有至少两个阶段，用于将热传输管路25在再冷却单元的入口端与第一阶段17-1连接，以确保其中有效的高温水平。通过这种方式，再冷却单元17对热传输循环系统19和缓冲罐7形成有效的热传输。附图2中，只表示了第二冷却阶段17-2。然而，根据本发明所述的方法，在第一阶段17-1回流管路中提供了合适温度的情况下，随后的冷却阶段的数量并非本质因素。

在再冷却单元17的回流管路17a中，优选的，设有一个进一步的控制装置31，用以当再冷却单元17中有余热时，将已加热的冷却水WR'适当地引导至热交换器24。作为选择，控制装置31将从再冷却单元17中回流的冷却水WR'引导至冷却塔30。在附图2所示的再冷却单元17的优选实施例中，冷却水WR可达到足够高温的水平，从而适合对热传输循环系统19中加热之用，而且，经过缓冲器7缓冲后，这是对产品P进行预热的有效的额加热源。

根据本发明，可通过以下方式来操作该装置：

需要热处理和灌装后的产品P连续不断地输和预热单元3，预热单元将其加热到一个适应随后的瞬间杀菌过程的适合的温度。经过预热的产品在加热器11中被加热到希望的处理温度TP，并在随后的保温单元13中将所希望的处理温度TP保持预定一段处理时间。处理持续时间基本上取决于产品P的流速和产品流过的保温单元13的管道的长度。瞬间杀菌可借助于加热器11和保温单元13通过公知的方式来实施。经过上述处理的产品P'传输至校正冷却单元5，在校正冷却单元5中产品被冷却至所需的灌装温度TP'。

在此，预热、加热、保温及冷却至灌装温度TP'皆在持续的生产流水线内实现，这样，预热、加热的热量和校正冷却的余热在运行过程中是恒定的。控制依据在校正冷却后、罐装前对测量的温度TP'进行的。 在热传输过程中，每次加热或冷却的热量交换的方式根据处理温度TP、处理持续的时间和罐装温度TP'进行调整。借助于控制装置20，热水循环系统9可为持续不断的生产流水线稳定地传输热量；而且到最后，不需要的回流冷却水HW'则注入热传输循环系统19中。

根据运行状况，容器冷却单元15中可能出现不等量的余热。比如，在瞬间杀菌器的起动阶段，还没有灌装的容器被冷却，所以，在容器冷却单元15中，最初是没有余热提供给热水循环系统9的。同样的，在处理装置关闭阶段，容器冷却单元15仍然有余热，然而成品批亦已经完成热处理，因此，在目前情况下，预热单元3则不需再进行预热。在这两种情况下，缓冲罐7则从预处理单元3的热水循环系统9中随时补充热量。 

同样地，产品P'可冷却至预定的温度水平，而且因此在罐装单元22停止运行时，可借助于再冷却单元17来回收利用。在这种情况下，再冷却单元17中会产生余热。根据本发明，再冷却单元17可将余热注入缓冲罐7，从而为热水循环系统9提供热量。为此，即使是在再冷却单元17只能间歇性获得余热的情况下，余热亦可被重新获得，且在运行过程中基本能够独立地用于后续产品P的预热。

借助于相配套的热交换器和供应管路，进一步的余热来源可通过缓冲罐7连接至所示的热水循环系统9中。此外，还可从其他设备区域中，如啤酒厂和/或清洗设备，获得余热至加热水HW并进行储存。因此，尤其是缓冲罐7可灵活连接不同的余热来源，为瞬间杀菌器1的热水循环系统9提供热量。所以，来自其他生产区域的余热来源亦可包含在内。

还可以想到的是，为各余热来源提供单独的缓冲罐，然后再于缓冲罐7外混入加热水HW。同样地，比如，只要加热水HW可从不同余热来源来为产品预热提供热量加热，则可以设置附加的热交换器，来把热水循环和传热循环路线分别开来。所示实施例尤其可以简单可靠地实现。

Claims (17)

1.一种灌装前加热液体产品的方法，其特征是：它包括以下步骤：

a)对要进行瞬间杀菌的产品(P)进行预热；

b)在灌装前校正冷却已瞬间杀菌的产品(P')，调整其温度以满足随后的热灌装要求；及

c)中间存储由步骤b)中连续产生的被加热的冷却水(KW')，用作步骤a)中的加热水(HW)，在这里，把在已灌装的产品(P″)的冷却过程和/或未灌装产品(P')的再冷却过程中间断获得的余热供给中间存储冷却水(KW')。

2.根据权利要求1所述的灌装前加热液体产品的方法，其特征是：所述的余热以传热水(WA',WA″)的形式进行中间存储，之后与被加热的冷却水(KW')一起作为加热水。

3.根据权利要求2所述的灌装前加热液体产品的方法，其特征是：来自再冷却过程的被加热的冷却水(WR')的热量被输送至传热水(WA')。

4.根据权利要求3所述的灌装前加热液体产品的方法，其特征是：对由再冷却过程流回的冷却水(WR')的温度以及传热水(WA')的温度进行测量。

5.根据权利要求4所述的灌装前加热液体产品的方法，其特征是：只有当从再冷却过程流回的冷却水(WR')比传热水温度至少高2℃时对传热水(WA')的热传导才被允许。

6.根据权利要求5所述的灌装前加热液体产品的方法，其特征是：只有当从再冷却过程流回的冷却水(WR')比传热水温度至少高5℃时对传热水(WA')的热传导才被允许。

7.根据权利要求1至6中至少任意一项所述的灌装前加热液体产品的方法，其特征是：自步骤a)中所述的预热过程回流的加热水(HW')用于进行校正冷却。

8.根据权利要求7所述的灌装前加热液体产品的方法，其特征是：对步骤b)校正后的产品温度(TP')进行测量，根据测量温度(TP')将从预热过程中流回的加热水(HW')的第一部分用于步骤b)中的冷却水(KW)。

9.根据权利要求8所述的灌装前加热液体产品的方法，其特征是：剩余的从预热过程中流回的加热水(HW')用作传热水(WA)为步骤c)提供余热。

10.一种灌装前加热液体产品的装置，其特征是：它包括：

一个对要进行加热的产品(P)进行预热的预热单元(3)；

一个用于在灌装前对已瞬间杀菌的产品(P')进行冷却，调整其温度以满足随后的热灌装要求的校正冷却单元(5)；

一个用于对在校正冷却单元连续产生的被加热的冷却水进行中间存储的缓冲罐(7)；

一个能将缓冲罐出口(7a)和预热单元的流动管路(3a)连接的热水循环系统(9)；一个用于给缓冲罐提供来自容器冷却单元(15)和/或再冷却单元(17)的间断产生的余热的热传输循环系统(19)。

11.根据权利要求10所述的灌装前加热液体产品的装置，其特征是：它还有一个设置在预热单元的回流管路中，用以分别将预热单元的回流管路和校正冷却单元(5)以及热传输循环系统(19)进行连接的控制装置(20)。

12.根据权利要求10或11所述的灌装前加热液体产品的装置，其特征是：它还有一个用于从再冷却单元(17)的回流管路(17a)向热传输循环系统传递余热的热传输管路(25)。

13.根据权利要求12所述的灌装前加热液体产品的装置，其特征是：它还包括一热交换器(24)，用于从回流管路(17a)向热传输循环系统传输余热。

14.根据权利要求12所述的灌装前加热液体产品的装置，其特征是：热传输管路(25)中的流体流动是可控制的，根据热传输管路与热传输循环系统的温差来进行控制。

15.根据权利要求10所述的灌装前加热液体产品的装置，其特征是：再冷却单元(17)在水一侧设有至少两段，用于从再冷却单元的最热段(17-1)给缓冲罐提供余热。

16.根据权利要求10、11、14和15中的任意一项所述的灌装前加热液体产品的装置，其特征是：它还有至少一个用于从清洗容器和/或酿酒厂给缓冲罐(7)提供余热的远程热传输管路。

17.根据权利要求10、11、14和15中的任意一项所述的灌装前加热液体产品的装置，其特征是：缓冲罐(7)上设置有清理门(7d)。