CN111032848A - 用于啤酒厂中进行高效冷却的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于运行啤酒厂中的制冷机组(120)的设备和方法，其包括在制冷机组(120)的具有用于蒸发制冷剂的蒸发器(22)且具有用于冷却制冷剂的至少一个热交换器(240、250、260)的回路中输送制冷剂，其中，在冷却制冷剂期间，使用啤酒作为载冷剂。

Description

用于啤酒厂中进行高效冷却的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于啤酒厂中进行高效冷却、特别是提高制冷机组效率的方法和设备。

背景技术

在啤酒厂中生产啤酒时需要反复进行冷却。例如，在发酵过程之后，一般将啤酒降温到例如-1℃至+4℃的过滤/贮藏温度，以贮藏在发酵和/或贮藏罐中。由于需要许多冷却过程，制冷机组在啤酒厂中至关重要。制冷在啤酒厂中耗电最高，占比约为40％，有时甚至高达55％。

贮藏后，将啤酒从发酵和/或贮藏罐中取出并供送给啤酒过滤器。在啤酒过滤期间，通常(往往在进入啤酒过滤器之前在热交换器中)将啤酒再次冷却，这样就能在尽量低的温度下过滤啤酒。过滤后，将备售的啤酒贮藏在压力罐中，随后在灌装机组中灌装进例如瓶、罐或桶的容器中，以供出售。一般在过滤/贮藏温度下灌装冷啤酒，这样容器中已灌装的啤酒随后加热。结果，一方面，啤酒中储存的冷量损失，另一方面，容器上形成冷凝水，这对例如在容器上贴标签存在负面影响。未经过滤的备售啤酒(浊质啤酒，例如白啤酒、原浆啤酒等)也能从发酵和/或贮藏罐中取出，并直接贮藏到压力罐中以便随后灌装。

申请人近期开发的方法就允许在高于过滤/贮藏温度的温度下、例如在24℃至26℃、特别是高达35℃的温度下灌装备售啤酒。装填容器后，可以将压缩气体、特别是二氧化碳输送到容器的内腔中，以便防止溶解在灌装产品中的二氧化碳过量释放或以便支持灌装产品中存在的二氧化碳重新溶解。正是在这种灌装过程中，下文描述的本发明具有特殊的优势。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是合理地利用所贮藏的啤酒中储存的冷却能力。总体而言，本发明的目的是提高制冷机组、特别是用于啤酒厂中进行冷却的制冷机组的效率，并降低最终能量需求。

本发明达成上述目的的解决方案是一种用于运行啤酒厂中的制冷机组的方法，其包括在具有至少一个用于蒸发制冷剂的蒸发器且具有至少一个用于冷却制冷剂的热交换器的制冷机组的回路中输送制冷剂，其中，在冷却制冷剂时使用啤酒和/或二氧化碳作为载冷剂。

现有技术中一般已揭示了诸如啤酒厂中使用的那些制冷机组，因此下面仅给出可能的制冷机组的概述。不言而喻，所述的制冷机组可以通过现有技术中已知并与啤酒厂结合使用的其他设备和特征来补充。

根据本发明的制冷机组或制冷机可以例如构造为压缩式制冷机组，在其中，制冷剂被循环地导引，该制冷剂交替地在低温下吸热并在高温下又放热。在此情形下，制冷剂在相应的蒸发器或冷凝器中交替蒸发和冷凝。

在制冷机组的回路中，由压缩机(实际上通常是活塞式压缩机)压缩气态制冷剂，其中，通常使用电能。在后置的热交换器，即冷凝器、冷却塔等中，制冷剂冷凝，其中，在高温下放热，这对应于高压下也很高的冷凝温度。然后，可以将液态制冷剂导引至节流装置，特别是膨胀阀形式的节流装置，其压力在此处下降。随后，在另外的热交换器中，即蒸发器中，制冷剂通过蒸发在低温下吸热，这样就能直接冷却待冷却的物体或待冷却的空间，或者冷却中间载冷剂。压缩机又吸入蒸发的制冷剂，并且循环过程闭合。

在间接冷却的情况下，设置用于冷媒的中间回路，该中间回路将待冷却的物体或待冷却的空间与蒸发器连接。同样地，因待冷却的物体或待冷却的空间使载冷剂加热，须在蒸发器中再次将其降温。这一过程通过在蒸发器中从载冷剂到制冷剂的热传递来完成。

在这里和下文中，载冷剂或冷媒是根据所述应用吸热而不蒸发或者在相同的压力下吸热时蒸发的制冷剂。在啤酒厂作为载冷剂，例如应考虑防冻和非腐蚀性的制冷剂，特别是二元醇和无氯的纯盐水。其他可能的载冷剂是抑制性的二元醇、乙二醇水(EWG)、丙二醇水(PWG)或液态冰(冰浆)。在此情形下，所提及的载冷剂可以用在中间回路中，以在蒸发器中将热量从待冷却的物体传递到的制冷剂。

然而，根据本发明，也使用啤酒和/或二氧化碳作为载冷剂，其中，使用啤酒作为载冷剂首先仅限于从啤酒厂的制冷机组中的制冷剂吸热。特别是，根据本发明，来自发酵和/或贮藏罐或压力罐的冷啤酒或者啤酒过滤后的冷啤酒可以用作载冷剂或冷媒。

作为蒸发器，热交换器可以例如设计为立管式蒸发器、管炉式蒸发器、翅片管式蒸发器、盘管式蒸发器、板式蒸发器、冷却盒或任何公知的构型。作为压缩机，特别是可以使用往复式压缩机、螺杆式压缩机、滚子活塞式压缩机、旋转活塞式压缩机和涡轮压缩机。影响制冷机组效率的决定性因素是制冷系数或性能参数(COP-Coefficient of Performance(性能系数))，它表示制冷电流与所使用的驱动功率(通常是电功率)之比。作为冷凝器，可以使用公知的类型，例如壳管式冷凝器或风冷式冷凝器，其中，如下详述那样选择冷凝器的构造，该冷凝器允许通过作为冷媒的啤酒直接和/或间接地、完全或部分地冷却制冷剂。上述节流装置可以例如直接附接到蒸发器的入口。这里，可以使用能机械或电子调节的恒温膨胀阀。

作为制冷剂，可以例如使用R717氨、R290丙烷、二氧化碳、丁烷、氟化烃(FKW)、部分卤代碳氟化合物(HFKW)，例如R134A(四氟乙烷)、R507、R407C和R404A，以及碳氢化合物，诸如丙烯、异丁烷和丙烷，但也可以使用全球变暖潜势(GWP)较低或极低的新型制冷剂。除单组分制冷剂之外，也可以使用制冷剂混合物。这里，共沸混合物与具有温度滑移(Temperatur-Glide)的混合物之间存在区别。本发明不限于本文所提及的制冷剂。

制冷机组还可以包括例如管路、泵、阀、控制和调节系统、电源、传感器和测量装置等的公知元件，为清楚起见不再赘述。制冷机组可以例如构造为具有分离循环和泵循环的单级制冷机组、具有节热器的制冷机组、具有内部热交换器和/或加热器的制冷机组或者具有两个或多个压缩机的两级或多级制冷机组。

作为压缩式制冷机的替代方案，所述制冷机组可以构造为吸收式制冷机组，其中，将压缩机替换为吸收器、变温器和沸腾器。这里，在热交换器或蒸发器中蒸发的制冷剂在吸收器中溶解在液体(一般是水)中，其中，溶液产生的热量经过单独的冷却回路消散。富含制冷剂的液体经过变温器供送给沸腾器，在此处又通过加热排出溶解的制冷剂。随后，所排出的制冷剂又在冷凝器中液化。在此情形下，被制冷剂耗用并从沸腾器回流到吸收器的液体经过变温器来加热，该变温器位于沸腾器进口中并具有富含制冷剂的液体。

根据这一制冷机组的改进方案，可以使用至少一个用于冷却制冷剂的热交换器，以散发溶液和/或冷凝器中的热量。即使制冷机组构造为吸收式制冷机组，根据本发明也能将啤酒用作从制冷剂中吸热的载冷剂。

在这里和下文中，术语啤酒既指纯啤酒又指啤酒混合饮料。本发明也能有利地应用于饮料制造业中的制冷机组，其中，在灌装前通过加热液体食品的同时使制冷剂降温来回收例如由于液体食品的过滤/贮藏温度而在液体食品中储存的冷量。除上述啤酒或啤酒混合饮料之外，液体食品也可以例如是烈酒、软饮料、柠檬汁、果汁、蔬菜汁、花蜜、酒精饮料、牛奶或牛奶类饮料、茶类饮料和咖啡类饮料。

根据一种改进方案，所述方法可以进一步包括将啤酒作为载冷剂从啤酒厂的至少一个发酵和/或贮藏罐或压力罐输送到至少一个热交换器。为此，可以设置相应的管线、调节阀和/或可调泵，以便借助例如构造为可编程逻辑控制器的控制和/或调节单元，可以根据至少一个热交换器处所需的制冷流量来调节啤酒的体积流量。在此情形下，例如在-1℃至+4℃范围内的温度下，特别是在过滤/贮藏温度下，可以将啤酒输送到至少一个热交换器。然后，在至少一个热交换器中，将所供应的啤酒直接或间接加热到适合灌装的温度，同时使制冷剂降温。此外，啤酒也可以无调节地以恒定的体积流量供应到至少一个热交换器。

啤酒可以在至少一个热交换器处直接和/或间接地冷却制冷剂。应当理解，从制冷剂到啤酒的热能传递可以直接发生，即不用中间冷媒，例如经过安全热交换器，和/或间接发生，即使用中间冷媒。直接冷却可以例如通过将啤酒作为载冷剂在热交换器中例如以反向流、同向流或交叉流引导到制冷剂，其中，热交换器的至少一个壁将制冷剂与啤酒分隔。在此情形下，具体的热传递类型取决于热交换器的具体构造。在直接冷却中，也可以不使用其他液态或气态冷媒，制冷剂的热量将首先被传递到该液态或气态冷媒，随后所传递的热量将释放到啤酒中。出于安全因素，也可以使用具有安全双管或双器壁等的热交换器，其中，通过碰触管或板的热线路进行热传递，并且其接触部位构造有槽等，它们在器壁泄漏的情况下能够防止媒介逸出。通过这种方式，能够可靠地避免可能有毒的制冷剂进入啤酒。附加地或替代地，可以在比热交换器中的制冷剂更高的压力下引导啤酒，以便在泄漏的情况下仅啤酒进入制冷剂。

在上述间接冷却期间，使用另外的液态或气态冷媒。相应地，至少一个热交换器可以构造成通过壁或器壁将另外的冷媒与制冷剂分隔，并通过壁或器壁将啤酒与另外的冷媒分隔。特别是，可以设置两级热交换器，其中另外的媒介首先在旁边经过啤酒，随后在旁边经过制冷剂(参见下文)。

例如可以通过设置两个分隔的热交换器来实现直接冷却与间接冷却的组合，其中一个热交换器用于直接冷却，而另一个热交换器用于间接冷却。

上文提及的另外的冷媒也可以例如是环境空气，通过啤酒作为载冷剂来预冷该环境空气，之后将其引导到热交换器的区域中，在该区域中发生载冷剂的热传递。这样，原则上如现有技术中所知，经预冷的空气经过构造为空气冷却器的热交换器冷却制冷剂。有别于现有技术中，用冷啤酒经过热交换来预冷空气，从而可以使用较低的并且在最佳情况下恒定的(根据制冷机组的工艺条件而定地)10℃至25℃的环境空气对制冷剂进行冷却。

通过这种方式，本发明的优势在于，无论季节如何，制冷机组都能在较低且在最佳情况下恒定的液化温度下运行。这样就能防止COP因冷凝温度较高(例如夏天的冷凝温度)而下降。如果环境空气已经处于低于期望温度范围的温度，则可以暂停用啤酒进行预冷，其方式是：例如暂停通过热交换器的冷却回路来输送啤酒。为此，可以设置用于测量环境空气温度的温度传感器，其中，当温度降至预定的边界温度以下时，上述控制和/或调节单元下调或停止用于所供应的啤酒的可调输送泵。如果所测得的温度超过边界温度，例如25℃，则可以通过相应地调整输送泵的输送率来导入上述对空气的预冷。在环境空气的温度低于期望温度范围的情况下，仍能使用啤酒来例如通过前置的另外的热交换器在制冷剂进入热交换器之前就已对其进行预冷。通过上述方式，在环境空气可能因冷凝的制冷剂的冷凝热量而加热之前使其降温。特别是，如上所述，至少一个热交换器可以布置在制冷机组的冷凝器处，或者可以构造为冷凝器或冷凝器的一部分。与现有技术中公知的使用风冷的热交换器相比，通过借助啤酒作为载冷剂对空气进行预冷，可以使载冷剂进一步降温，或者液化温度可以进一步下降。

根据特定的改进方案，将同一啤酒首先用于在第一热交换器处对制冷剂进行直接冷却，然后用于在第二热交换器处对环境空气进行预冷。作为预冷环境空气的后续或替代方案，可以在引导到第二热交换器之前将啤酒预先引导到上述附加的热交换器，从此处将加热的啤酒引导到灌装器。在此情况下，第二热交换器可以设计得更小。在特殊情况下，第二热交换器也可以被替换为附加的热交换器，从而代替用空气对制冷剂进行冷却地，而是用啤酒进行直接冷却。换而言之，设置至少两个用于借助啤酒来冷却制冷剂的热交换器，其中，将啤酒首先输送经过第一热交换器，在其中直接从制冷剂吸热，随后经过第二热交换器，以对上述制冷剂进行间接冷却，即，以对环境空气进行预冷。相应地，制冷剂可以首先被输送经过第二热交换器，在此处由经预冷的环境空气使其降温并且可能使其冷凝，以便随后将其输送经过第一热交换器，在此处由啤酒作为载冷剂使其进一步降温。例如，制冷剂可以在通过第二热交换器后冷却到约20℃或更低的温度，而在随后通过第一热交换器后冷却到约4℃或更低的温度(这里又称过冷)。在第一热交换器中，制冷剂特别是可以以相对于啤酒的反向流引导。在此情形下，啤酒特别是可以在过滤/贮藏温度下进入第一热交换器。在此情形下，冷啤酒例如可能了加热1K至3K。

根据一种改进方案，特别是在对制冷剂进行直接冷却(或过冷)之后，即在通过第一热交换器之后，啤酒可以被用于在第三热交换器处由冷水生成冰水。为此，啤酒可以例如以相对于冷水的反向流通过第三热交换器，该第三热交换器可以构造为液体换热器，例如板式热交换器、螺旋式热交换器、管式热交换器或壳管式热交换器、U型管式热交换器、套管式热交换器等。在这里和下文中，冷水尤指啤酒厂中的水，其最高温度为35℃，优选10℃至20℃范围内的温度。在这里及下文中，冰水尤指啤酒厂中的水，其温度在任何情况下均低于各啤酒厂的冷水温度，但通常最高为10℃，优选最高为8℃。冷水可以例如作为淡水供应，其中，产生的冰水随后可以作为载冷剂用于啤酒厂中的其他冷却过程。

在通过第三热交换器之后，啤酒可以特别是具有12℃至20℃的温度。此后，可以将如此加热的啤酒直接灌装，或如上所述，将其供应给第二热交换器，以对环境空气进行预冷。在啤酒通过第三热交换器之后，就能将啤酒用于对制冷剂进行间接冷却。在此情况下，仅在啤酒通过第二热交换器之后才将其灌装。这样，在第三热交换器中加热到例如15℃的啤酒可以通过在第二热交换器中预冷环境空气而被进一步加热到例如20℃，其中，在20℃的啤酒温度下进行灌装。在该变型方案中，来自发酵和/或贮藏罐或压力罐的冷啤酒就例如首先通过用于在高压下直接冷却液态制冷剂的液体换热器，随后通过用于产生冰水的液体换热器，最后通过构造为冷凝器的用于预冷环境空气的热交换器，其中，冷啤酒逐步加热到例如20℃的灌装温度。这样就能最优地利用所贮藏的啤酒中储存的冷却能力来提高所用制冷机组的效率。

根据一种改进方案，所述方法可以附加地或替代地包括特别是在借助啤酒对制冷剂进行冷却之后，借助二氧化碳对制冷剂进行冷却。啤酒厂中，通常需要二氧化碳例如对待灌装的啤酒执行补加碳酸，并且用二氧化碳充盈管路或容器。为此，一般需要气态的二氧化碳。但出于仓蓄原因，二氧化碳一般以液态形式贮藏在啤酒厂中，例如在约-25℃的温度下。这样在上述使用之前必须首先蒸发液态二氧化碳。根据本发明，可以有利地使用液态二氧化碳中储存的冷量，以使借助啤酒已经预冷的制冷剂继续降温。例如，在制冷剂通过上述直接的热交换器之后，它可以在2℃至7℃的温度下引导至另外的热交换器，在此处由液态二氧化碳使该制冷剂继续降温，例如至0℃以下，例如-5℃的温度。在此情形下，液态二氧化碳蒸发，随后可以如上所述那样使用。随后，如此降温的制冷剂可以经过节流装置减压，并在蒸发器中用于冷却待冷却的物体或载冷剂，例如二元醇。在此情形下，液态二氧化碳通常可以以相对于制冷剂的反向流或同向流或交叉流通过热交换器。

根据一种改进方案，所述方法可以进一步包括在通过制冷机组之后，在至多35℃、优选至多26℃的温度下将啤酒灌装到容器或物品集中。在出自发酵和/或贮藏罐的冷啤酒通过吸热而在上述热交换器中释放其储存的冷量之后，其温度例如为15℃至35℃。更新型的灌装机组在这种温度下也能将啤酒灌装到瓶或其他物品集中，而不会明显降低品质。

通过其中单个或其中全部上述步骤，显著降低制冷机组的能量(电能)需求，特别是压缩机中必须耗用的能量。这样就能将在所贮藏的啤酒中储存的冷量合理地用于降低啤酒厂的制冷机组的能量需求。

此外，本发明达成上述目的的解决方案为一种用于啤酒厂的制冷机组，该制冷机组包括用于蒸发制冷剂的蒸发器和用于冷却制冷剂的至少一个热交换器，其中，设置有将啤酒供应给至少一个热交换器的供应装置，并且其中，供应装置和至少一个热交换器构造成使得在冷却制冷剂期间能使用啤酒作为载冷剂。

上文结合根据本发明的用于运行制冷机组的方法所述的那些变型方案和改进方案也能应用于制冷机组。特别是，也能应用上述的制冷机组的其他元件以及蒸发器的、至少一个热交换器的、制冷剂的和可能的压缩机的可能的构造方案。例如，制冷机组可以构造为如上所述的压缩式制冷机或吸收式制冷机。另外，具有其中一个上述载冷剂的中间回路可以与蒸发器连接，以便冷却待冷却的物体或待冷却的空间。

如上所述，供应装置可以具有所需的管路、阀和/或泵。特别是可以设置一个或多个调节阀以及一个或多个可调泵，它们可以由控制和/或调节单元来调节，以便将冷啤酒输送到至少一个热交换器，以根据期望的制冷流来调节对制冷剂的冷却。为此，如上所述，可以设置其他传感器和探针，例如用于确定环境空气温度的温度传感器、用于确定制冷机组的回路中的不同部位处的制冷剂温度的一个或多个温度传感器、用于确定制冷剂和环境空气或啤酒的体积流量的流量传感器以及用于确定在通过各热交换器之前或之后的啤酒温度的温度传感器。所测定的测量值可以通过有线连接或通过无线电以无线方式传送到控制和/或调节单元，该控制和/或调节单元根据所传送的数据结合可能的配置设定来调节这些调节阀和/或泵。控制和/或调节单元可以例如构造为可编程逻辑控制单元，并可以包括处理器单元，例如CPU或GPU。

供应装置可以特别是将啤酒厂的一个或多个发酵和/或贮藏罐或压力罐或啤酒过滤器与至少一个热交换器流体连接。在此情形下，供应装置和至少一个热交换器构造成在冷却制冷剂期间能使用啤酒作为载冷剂。

例如，至少一个热交换器如上所述可以包括第一热交换器和第二热交换器，第一热交换器构造用于在制冷剂与啤酒之间进行直接热交换，第二热交换器构造用于用啤酒作为载冷剂对所供应的环境空气进行预冷，其中，在制冷剂与经预冷的环境空气之间发生热交换。第二热交换器可以例如具有第一区段，在该第一区段中，经过供应装置所供应的啤酒与所供应的环境空气之间存在直接的热交换，由此所供应的环境空气被预冷。关于环境空气的流动在第一区段下游，第二热交换器可以具有第二区段，如现有技术中所知，该第二区段构造为用于制冷剂的风冷式热交换器。这样就能例如借助风扇从环境中获取环境空气，随后输送其经过第一区段和第二区段并且随后将其送回环境中。补充地，在第二热交换器的上游，至少一个热交换器可以具有附加的热交换器，啤酒特别是在经过第一热交换器并且可选地经过第二热交换器之后通过该附加的热交换器。这样就能借助附加的热交换器中的啤酒在制冷剂进入第二热交换器之前对其进行预冷。为此，可以设置相应的管路和阀，特别是用于绕过第二热交换器。可以由附加的热交换器将如此加热的啤酒输送到灌装机组。

例如，啤酒可以在第一区段中经过冷却盘管引导通过用于所输送的环境空气的通道，其中，待冷却的制冷剂可以经过另外的冷却盘管在第一区段下游在第二区段中引导通过同一通道。对于第二热交换器或其第一区段和/或第二区段，可以设想多种替代的改进方案，例如板式热交换器、螺旋式热交换器、管式热交换器或壳管式热交换器、U型管式热交换器、套管式热交换器等。

用于制冷剂与啤酒之间的直接热交换的第一热交换器可以构造为液体换热器，特别是根据上述一种改进方案的液体换热器，其中，啤酒从供应装置以相对于冷却剂的反向流或同向流或交叉流引导通过第一热交换器。

根据特殊的改进方案，供应装置可以构造成使得所供应的啤酒首先流过第一热交换器，然后流过第二热交换器。在此情况下，供应装置就将一个或多个发酵和/或贮藏罐或压力罐与第一热交换器连接，并且还将第一热交换器与第二热交换器连接。换而言之，供应装置将用于啤酒的第一热交换器的出口与用于啤酒的第二热交换器的入口连接。通过这种方式，如上所述，可以相继利用所贮藏的啤酒中储存的冷却能力来逐步冷却第二热交换器和第一热交换器中的制冷剂。

根据一种改进方案，制冷机组进一步包括第三热交换器，特别是关于啤酒的流动在第一热交换器与第二热交换器之间的第三热交换器，该第三热交换器构造成通过将热传递到啤酒而将所供应的冷水转化为冰水。第三热交换器可以构造为根据上述一种改进方案的液体换热器。所供应的冷水特别是能够以现对于啤酒的反向流或同向流或交叉流引导。冷水可以经过适当的供应线路从公知的冷水系统或淡水接头供应给啤酒厂。随后，降温成冰水的冷水可以供应给啤酒厂的公知的冰水系统，特别是其冰水罐。第三热交换器可以特别是布置在第一热交换器与第二热交换器之间，其中，上述供应装置将第一热交换器与第三热交换器流体连接，并将第三热交换器与第二热交换器流体连接，使得所贮藏的啤酒可以被输送首先通过第一热交换器，随后通过第三热交换器，最后通过第二热交换器。

根据另一种改进方案，制冷机组可以进一步包括第四热交换器，特别是关于制冷剂的流动在第一热交换器下游，该第四热交换器构造成借助所供应的二氧化碳来冷却制冷剂。第四热交换器可以构造为根据上述任一种改进方案的液体换热器或者构造为根据上述任一种改进方案的用于液态二氧化碳的蒸发器。在此情形下，第四热交换器可以布置在用于制冷剂的制冷机组的回路中，特别是布置在第一热交换器的下游，其中，相应的线路能够将用于制冷剂的第一热交换器的输出端与用于制冷剂的第四热交换器的输入端连接。此外，可以设置有必要的供应线路，通过该供应线路可以将液态二氧化碳从液化机组或用于二氧化碳的储存器输送到第四热交换器。二氧化碳在通过第四热交换器之后特别是可以呈气态形式，其中，可以设置适当的排出线路，以便将自此气态的二氧化碳输送到相应的消耗器，例如啤酒厂的碳酸化器。

此外，本发明达成上述目的的解决方案为贮藏在至少一个发酵和/或贮藏罐或压力罐中的啤酒或者直接出自啤酒过滤器的啤酒用于冷却啤酒厂的制冷机组的制冷剂的用途，其中，特别是可以使用根据上述任意改进方案的制冷机组。通过使用过滤/贮藏温度下的啤酒作为载冷剂对制冷机组的制冷剂进行直接和/或间接冷却，将所贮藏的啤酒中储存的冷量合理地用来提高制冷机组的效率。

上文结合根据本发明的方法和根据本发明的制冷机组所述的那些变型方案和改进方案也能用于使用啤酒来冷却制冷机组的制冷剂的用途。特别是，可以在多个热交换步骤中使用所贮藏的啤酒来逐步冷却制冷剂，其中，已部分加热的啤酒也可以用于由冷水产生冰水。

这样，本发明就能再利用在所贮藏的啤酒中储存的冷量，以便部分地通过与啤酒的热交换对啤酒厂的制冷机组中的制冷剂进行必要的冷却。在此情形下，通过与所用的压缩能量(其通常由电能提供)按比例增加制冷流量，显著提高所使用的制冷机组的效率。随后，制冷机组的制冷流又可以用于降温啤酒，例如从发酵温度降温到贮藏/过滤温度。所描述的方法和设备就有助于啤酒厂的总体节能。

下面结合附图更详细地说明本发明的其他特征、示例性实施方式和优势。应当理解，这些实施方式未穷举本发明的范围。不言而喻，下文描述的某些或所有特征也能以其他方式相互组合。

附图说明

图1示出根据本发明的啤酒在啤酒厂中用作载冷剂的示意图。

图2示出根据本发明的制冷机组的示意图。

在下文描述的附图中，相同的附图标记表示相同的元件。为了清楚起见，相同的元件仅在首次出现时予以描述。但不言而喻，参照附图之一描述的元件的变型方案和实施方式也能应用于其他附图中的对应元件。

具体实施方式

图1表示根据本发明在啤酒厂中使用啤酒作为载冷剂的示意图。本图中示例性示出两个发酵和/或贮藏罐或压力罐110，将在过滤/贮藏温度下所贮藏的啤酒从这两个罐中经过供应装置130供应给啤酒厂的制冷机组120。图中示例性示出作为供应装置130的一部分的两个调节阀105和可调泵115，由控制和/或调节单元170根据到制冷机组120的期望的啤酒体积流量来调节或控制这两个调节阀和可调泵。此外，啤酒也可以无调节地以恒定的体积流量供应给制冷机组120。图1中仅以方框表示制冷机组120，下面结合图2对其予以详细描述。

制冷机组120中与制冷机组的制冷剂进行热交换后加热的啤酒可以由另外的输送泵115输送到灌装机组180，啤酒在此处以例如20℃的温度灌装到物品集190中。输送泵115也可以由控制和/或调节单元170来控制。现有技术中已公知灌装机组，因此本文对灌装机组180不再赘述。

图2中示出根据本发明的制冷机组的示例性而非限制性的改进方案。在此，图2示出用于热利用所贮藏的啤酒中储存的冷却能力的热交换器的全部可能组合。但不言而喻，如上所述，制冷机组120中可以仅设置单个热交换器或如图2所示的热交换器的分组。另外，图2示例性示出压缩制冷机。但不言而喻，基于本领域技术人员的专业知识，可以根据例如吸收式制冷机的常规改进方案来更改所示的改进方案。

如图2所示的制冷机组120包括蒸发器221、压缩机222、冷凝器240和节流装置223的公知元件以及连接这些元件的线路。在元件各自的进料线路和排放线路处给出示例性温度，它们对应于所示制冷机组120的示例性运行。但应当理解，所给出的温度仅用于说明而非限制本发明。

根据所示的非限制性改进方案，在蒸发器221中，由于在制冷机组120的回路中循环的制冷剂(例如氨)蒸发，经过进料线路224在4℃的温度下所供应的载冷剂(例如二元醇)被降温至例如-4℃的温度，载冷剂可以在此温度下经过排放线路225引导至待冷却的物体或媒介。

如箭头所示，在蒸发器221中蒸发的制冷剂在回路中输送到压缩机222，在该压缩机中，气态的制冷剂在高压下受到压缩，从而制冷剂的温度例如升高到70℃至100℃。然后，由压缩机222压缩的制冷剂在冷凝器240中冷凝，并在高压下进一步输送到节流装置223。在该节流装置中，在热交换器240、250和260中降温至例如-5℃的制冷剂因膨胀进一步降温至例如-7℃。特别是，可以直接在蒸发器221中发生膨胀，其中，因制冷剂蒸发而发生的气化冷量使二元醇冷却。不言而喻，所提及的温度仅为示例性，而温度也可能偏离指定的温度。

就现有技术中所知的冷凝器240而言，一般使用环境空气244来冷却进入冷凝器的制冷剂。为此，现有技术中通常使用风冷式再冷却系统，包括仅用环境空气进行冷却的干式系统，以及附加地使由所供应的环境空气吸收的水气化的气化系统。就干式再冷器而言，冷却边界温度由环境空气的温度给定。而气化系统的冷却边界温度由所谓的湿球温度给出。

在图2所示的示例中，借助风扇241将例如温度为25℃或湿球温度为20℃的环境空气244供应给根据本发明构造为冷凝器的第二热交换器240。有别于现有技术，借助啤酒作为载冷剂在第二热交换器240的第一区段I中对所供应的环境空气244进行预冷。在本图所示的非限制性改进方案中，啤酒例如在0℃的过滤/贮藏温度下经过供应装置257(经过该供应装置从上述发酵和/或贮藏罐或压力罐(未示出)中或在啤酒过滤(未示出)之后取出啤酒)、三通阀258和进料线路259通过第二热交换器240的第一区段引导至冷却盘管242中。在此情形下，在冷却盘管242中发生从所供应的环境空气244到啤酒的热传递，以便将自此加热的啤酒例如在20℃的温度下通过排放线路246送出热交换器240。随后，可以将如此加热的啤酒供应给前文提及的灌装机组180，以灌装到物品集190中。替代地，加热的啤酒可以引导至另外的热交换器(未示出)，该另外的热交换器在制冷机组的制冷剂回路中布置在压缩机222与第二热交换器240之间，并且加热的啤酒在此可以通过从压缩的制冷剂吸热而进一步加热啤酒。随后，可以借助相应的线路将进一步加热的啤酒转送到灌装机组180。可以在三通阀258和冷却盘管242的进口之间设置另外的三通阀(未示出)，经过该另外的三通阀可以将至少一部分啤酒在第二热交换器240旁直接输送到另外的热交换器。于是，特别是当环境空气已经在足够低的温度下进入第二热交换器240的区域I时，可以使用这个旁路。借助另外的热交换器，高温的气态制冷剂可以在其进入冷凝器240之前就已经预冷，这样就能将热交换器240设计得较小，或降低终端温差，从而降低液化温度。

替代地，啤酒可以如下所述那样已经预热，例如在15℃的温度下进入冷却盘管242。这里，所供应的环境空气244也如上所述那样进行预冷。在图2中，所供应的环境空气244例如预冷到15℃的温度，其中，当使用经预热的啤酒时，该温度可以稍高。在此情况下，进一步加热的啤酒也可以经过排出线路246输送到灌装机组180。

随后，在第二热交换器240的第二区段II中使用经预冷的空气244来对制冷剂进行冷却。在本图所示的改进方案中，在第二区段中也通过风扇241来输送空气244。如上所述，制冷剂在70℃至100℃范围内的温度下进入热交换器240的第二区段，在此处使其通过冷却盘管243。在此情形下，制冷剂将其一部分热量散发到经预冷的环境空气244，从而将其加热到40℃至60℃范围内的温度。随后将如此加热的环境空气245排放到环境中。

在未在第二热交换器240的第一区段中对环境空气244进行预冷的情况下，可以根据气候或天气条件而仅将制冷剂冷却到例如约25℃的温度。然而，通过借助啤酒作为载冷剂对环境空气244进行预冷，能够降低再冷却系统的边界温度。一方面，通过啤酒进行的预冷导致环境空气244本身的温度下降，另一方面，通过环境空气244中所含的水份部分地在冷却盘管242上冷凝，也能实现环境空气244的湿球温度下降。

实际上，空气中的水份也能在冷却盘管242上凝结。然后，空气流向上携带所形成的液滴，随后又使其在热交换器240的温度明显更高的区域II中蒸发。在图2所示的替代实施方案中，热交换器240的区段I和II可以经转动地布置(具有相同的线路连接)，使得空气自上而下地通过这两个区段。在这种布置中，重力有利于将冷凝的液滴从第一区段引导到第二区段。携带的水份与湿式冷却塔中的水注入具有类似的优点。尽管没有注入额外的、处理过且高成本的水，但是仍可以提高热交换器240的效率。在另一个实施方式中，区段I可以在地球重力场中布置在区段II上方，从而冷凝出的水分也受重力支撑地跟随体积流。附加地，流到热交换器240的空气流可以偏转达180°，从而在热交换器240的出口处排放的热空气有利于流动地向上排出。

借助根据本发明的预冷，如图2所示，第二热交换器240中的制冷剂可以冷却到约20℃的温度。在此情形下，第二热交换器240中发生到液态制冷剂的相变。如图2所示，第二热交换器240中的供应啤酒仅冷却环境空气244，而不直接冷却制冷剂。第二热交换器240就是借助啤酒作为载冷剂对制冷机组120的制冷剂进行间接冷却。

除第二热交换器240之外，图2的非限制性改进方案示出第一热交换器250，此处的啤酒用作载冷剂对已呈液态的制冷剂进行直接冷却。如图2所示，来自上述发酵和/或蓄罐或压力罐110的冷啤酒或者在啤酒厂过滤啤酒之后的冷啤酒可以经过供应装置的进料线路251在0℃的温度下供应给第一热交换器250。优选地，制冷剂以反向流流过该第一热交换器250，这样制冷剂将其一部分热量传递到啤酒。该啤酒经过排出线路252例如在3℃的温度下离开第一热交换器250，而制冷剂在第一热交换器250的输出端处被降温到4℃的温度。如上所述，第一热交换器250可以是液体换热器。通过在其中首先将制冷剂降温到20℃的温度的第二热交换器240与在其中进一步将制冷剂降温到4℃的温度的第一热交换器250组合，就能获得用于制冷剂的两级冷却系统，在其中同时将啤酒分两步加热到灌装温度。

还可以使用在第一热交换器250中加热的啤酒来在第三热交换器255中产生冰水。根据所示的改进方案，加热到3℃的啤酒经过进料线路252引入到第三热交换器255中，在此以与相对于经过进料线路263进入第三热交换器的冷水的反向流引导。在此情形下，例如在20℃的温度下进入第三热交换器255的冷水转化为冰水，该冰水例如在7℃的温度下经过排出线路264离开第三热交换器。如上所述，出于进一步冷却的目的，在啤酒厂中可以使用如此产生的冰水，特别是可以将其供应给冰水系统或冰水罐(未示出)。反过来加热到约15℃的啤酒可以经过排放线路253离开第三热交换器255。

特别是可以提供麦芽汁冷却中所需的冰水，以在麦芽汁冷却器中冷却麦芽汁。这一过程优选在两级麦芽汁冷却器中的第二级完成。就两级麦芽汁冷却器而言，在第一级中，可以在闭合的载热剂回路中用载热剂将麦芽汁冷却到约85℃。然后，在热交换中加热的载热剂继而可以将热量提供给耗热设备(例如，麦芽浆容器或纯麦芽汁加热器)。在麦芽汁冷却器的第二级中，使用冰水进一步冷却麦芽汁。然后，出于酿造和清洁目的，将如此加热的冰水用于啤酒厂中的热水供应。

如此加热的啤酒从第三热交换器255引导至三通阀254，自此可以经过排放线路256输送到啤酒厂的灌装机组180，或者可以经过另外的线路265供应给上述三通阀258。三通阀254也可以分配啤酒体积流，使得一部分啤酒体积流供应给啤酒厂的灌装机组180，而将另一部啤酒供应给三通阀258。如上所述，可以由控制和/或调节单元(未示出)来控制三通阀254和258。这一过程特别是可以根据环境空气244的温度、第二热交换器240处所需的冷却流以及通过第三热交换器255之后的啤酒温度来实现。特别是，如上所述，当环境空气244低于某个边界温度(例如15℃)时，要将在第三热交换器255中加热的啤酒直接输送到灌装机组180，因为无需在第二热交换器240的第一区段中对环境空气244进行预冷。同样地，当环境空气244的温度高于第二边界温度(例如35℃)时，要将在第三热交换器255中加热的啤酒直接输送到灌装机组180，第二边界温度使得必须用在过滤/贮藏温度下的啤酒对环境空气244进行预冷。在此情况下，将过滤/贮藏温度下的冷啤酒经过三通阀258输送到第二热交换器240的第一区段中。图中未示出调节所需的温度探针和流量计。

代替所提及的三通阀，当然也可以使用其他具有相同作用的阀瓣和阀。

根据图2所示的非限制性改进方案，制冷剂回路中还设置有第四热交换器260，在此处，借助经过进料线路261在-25℃的温度下供应液态二氧化碳，实现将制冷剂从4℃进一步降温到例如-5℃。第四热交换器260可以尤其是蒸发器，所供应的液态二氧化碳在该蒸发器中蒸发。自此气态的二氧化碳经过排出线路262供应给其他应用，例如供应到碳酸化器中。进料线路261可以例如将液化机组或用于液态二氧化碳的存储器(未示出)与第四热交换器260连接。随后将如此降温到-5℃的制冷剂供应给节流装置223，自此进入蒸发器221。

图2所示的非限制性改进方案就是用于制冷剂的三级冷却系统，其中，利用所贮藏的啤酒和二氧化碳中储存的冷却能力来提高制冷机组120的效率。另外，液态二氧化碳中储存的冷量也用于提高制冷机组的效率。一般还需要蒸发液态二氧化碳以供啤酒厂中的其他应用。所示的改进方案就有助于减少啤酒厂的制冷机组中所需的能量(电能)，从而提高整个啤酒厂的成本效益。

上述实施方案中提及了压力罐。压力罐一般是指用作待灌装啤酒的缓存/储存罐的那种罐。也可设想，替代地，这种压力罐110是所谓的发酵和/或贮藏罐110。如果灌装前未过滤啤酒，也可以将其直接从发酵和/或贮藏罐110供应到制冷机组120。

为了产生温度尽量最低的冰水，合理的是，将来自发酵和/或贮藏罐或压力罐的啤酒或者过滤后的啤酒作为载冷剂或冷媒首先供应给第三热交换器255，然后供应给第二热交换器240。

如果将啤酒过滤，则冷啤酒可以在过滤后立即(即，尚在压力罐前)直接或间接发挥其储存的冷却能力，以实现所描述的优势。

Claims (15)

1.用于运行啤酒厂中的制冷机组(120)的方法，其包括：

在所述制冷机组(120)的回路中输送制冷剂，制冷机组具有用于蒸发制冷剂的蒸发器(221)且具有用于冷却制冷剂的至少一个热交换器(240、250、260)，

其特征在于，

在冷却制冷剂期间，使用啤酒和/或二氧化碳作为载冷剂。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：将作为载冷剂的啤酒从啤酒厂的至少一个压力罐或发酵和/或贮藏罐(110)输送到所述至少一个热交换器(240、250)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，啤酒在所述至少一个热交换器(240、250)处对制冷剂进行直接和/或间接冷却。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，啤酒在所述至少一个热交换器(240)处预冷所供应的环境空气(244)，并且

其中，经预冷的环境空气在所述至少一个热交换器(240)处冷却制冷剂。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，将同一啤酒首先用于在第一热交换器(250)处对制冷剂进行直接冷却，然后用于在第二热交换器(240)处对环境空气(244)进行预冷。

6.根据前述权利要求中任一项的方法，还包括：特别是在借助啤酒对制冷剂进行冷却之后，借助二氧化碳对制冷剂进行冷却。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其中，特别是在对制冷剂进行直接冷却之后，将啤酒用于在第三热交换器(255)处由冷水产生冰水。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，在通过所述第三热交换器(255)之后，将啤酒用于对制冷剂进行间接冷却。

9.根据前述权利要求中任一项的方法，还包括：在至多35℃，优选至多30℃的温度下，在通过所述制冷机组(120)之后将啤酒灌装(180)到容器(190)中。

10.在啤酒厂中使用的制冷机组(120)，其包括：

用于蒸发制冷剂的蒸发器(221)，和

用于冷却制冷剂的至少一个热交换器(240、250)，

其特征在于，

具有用于将啤酒供应给所述至少一个热交换器(240、250)的供应装置(130)，

其中，所述供应装置(130)和所述至少一个热交换器(240、250)构造成在冷却制冷剂期间，啤酒能被用作载冷剂。

11.根据权利要求10所述的制冷机组，其中，所述至少一个热交换器包括第一热交换器(250)和/或第二热交换器(240)，所述第一热交换器构造成用于制冷剂与啤酒之间的直接热交换，所述第二热交换器构造成用于以作为载冷剂的啤酒预冷所供应的环境空气(244)并且用经预冷的环境空气(244)冷却制冷剂。

12.根据权利要求11所述的制冷机组，其中，所述供应装置(130)构造成使得所供应的啤酒首先穿流过所述第一热交换器(250)，然后穿流过所述第二热交换器(240)。

13.根据权利要求11或12所述的制冷机组，还包括第三热交换器(255)，特别是关于啤酒的流动在所述第一热交换器和所述第二热交换器(250、240)之间的第三热交换器，所述第三热交换器构造成通过将热传递到啤酒而将所供应的冷水转化为冰水。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的制冷机组，还包括第四热交换器(260)，特别是在所述第一热交换器(250)的下游的第四热交换器，所述第四热交换器构造成借助所供应的二氧化碳冷却制冷剂。

15.贮藏在至少一个压力罐或发酵和/或贮藏罐(110)中的啤酒用于冷却啤酒厂的制冷机组(120)、特别是根据权利要求10至14中任一项所述的制冷机组的制冷剂的用途。

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