CZ35432U1

CZ35432U1 - Zapojení pro nepřímé vychlazování cylindrokónického tanku na kvašení piva teplonosným mediem na bázi monopropylenglykolu, glycerinu či jiné bázi

Info

Publication number: CZ35432U1
Application number: CZ202139014U
Authority: CZ
Inventors: Petr Viták
Original assignee: BOHEMIACHLAD Praha s.r.o.
Priority date: 2021-07-19
Filing date: 2021-07-19
Publication date: 2021-09-27

Description

Zapojení pro nepřímé vychlazování cylindrokónického tanku na kvašení piva teplonosným mediem na bázi monopropylenglykolu, glycerinu či jiné bázi

Oblast techniky

Technické řešení se týká zapojení pro nepřímé vychlazování cylindrokónického tanku na kvašení piva teplonosným mediem na bázi monopropylenglykolu, glycerinu či jiné bázi, který je opatřen alespoň čtyřmi chladícími zónami, uspořádanými na vnějším povrchu cylindrokónického tanku, připojenými na přívodní a odpadní zpětné potrubí teplonosného media ze strojovny a do strojovny a zakrytými izolací a krycím pláštěm.

Dosavadní stav techniky

V současné době se pro výrobu piva v pivovarech nej častěji používá uzavřené kvašení v cylindrickokónických tancích (CKT), což jsou uzavřené válcovité nádoby s kuželovitým dnem. K jejich výrobě se využívá nerezavějící ocel, která je dostatečně inertní a dobře sanitovatelná. Ve většině případů jsou CKT vybaveny plášťovým chlazením ve dvou až čtyřech zónách, včetně zóny v kónusu, díky níž kvasnice v tanku lépe sedimentují. Poměr výšky a šířky tanků se pohybuje od 2:1 (malé) do 6:1 (obří). Dvacet procent výšky tanku zůstává prázdná, jakožto rezerva pro pěnu. U svrchně kvašených piv tato rezerva tvoří až 50 % z celkové výšky. Rozměry obřích CKT dosahují výšky až 40 metrů a průměru i 10 metrů.

V těchto tancích probíhá kvašení, při kterém kvasící pivo zvyšuje svoji teplotu, kterou je po ukončení kvasného procesu třeba snížit. Nejprve na teplotu 4 °C a po odstřelu kvasnic toto pivo dále dochladit na 1 °C. Jako chladící prvek se požívá kapalný čpavek, který je do výměníků na povrchu tanků dopravován cirkulačním čpavkovým čerpadlem.

Při instalaci 20 až 30 ks takových obřích CKT v pivovaru to pak představuje spotřebu několik desítek tun cirkulujícího čpavku, tj. chladivá, které je při jeho úniku, nebezpečné svému okolí, neboť je toxické a v určité koncentraci i výbušné.

Díky zpřísňujícím se pravidlům v zemích EU a moderním technologiím se k vychlazování piva při uzavřeném kvašení začíná používat malých CKT s maximálně dvěma chladícími zónami, včetně zóny v kónusu, které jsou opatřeny chladícími kanály pro cirkulaci chladící kapaliny, jako je glykol nebo ledová voda, na místo čpavku z hlediska bezpečnosti i vychlazování pomocí některého teplonosného média.

Použití jiného chladivá než čpavku pro chlazení kvasícího piva v obřích cylindrokónických tancích, není dosud známé.

Ve stavu současné techniky CZ 31567 U jsou uvedena následující řešení splňující požadavky na moderní technologii vychlazování piva, kdy technologické potřeby kvašení někdy požadují různé vychlazování některé z chladících zón, čehož se dosahuje následujícími způsoby:

kvantitativní regulací - ve strojovně chlazení je pouze 1 ks hlavního čerpadla pro všechny cylindrokónické tanky. Na vstupech teplonosného media do jednotlivých chladících zón jsou umístěny pouze magnetické ventily, které uzavírají, nebo otevírají vstup teplonosného media do jednotlivých chladících zón na základě požadovaných technologických teplot v cylindrokónického tanku;

kvalitativní regulací s různými teplotami pro každou chladící zónu - každá chladící zóna u jednoho cylindrokónického tanku má svůj vlastní směšovací ventil a samostatné míchací čerpadlo, čímž se umožní vy ohlazovat jednotlivé chladící zóny na jinou, přesnou a technologicky požadovanou

- 1 CZ 35432 UI teplotu;

kvalitativní regulací s jednou teplotou pro všechny chladící zóny - každý jeden cylindrokónický tank je opatřen pro všechny jednotlivé chladící zóny pouze jedním trojcestným směšovacím ventilem a jedním míchacím čerpadlem. Kónická chladící zóna by přitom měla mít ale samostatné míchací čerpadlo a směšovací ventil, a to z důvodu požadovaných jiných technologických teplot.

Úkolem je pak najít takové řešení, které by odstranilo uvedené nevýhody používání čpavku, a to na bázi vychlazování pomocí teplonosného média optimální regulací při vychlazování piva.

Podstata technického řešení

Podstatou tohoto řešení je náhrada vychlazování cylindrokónického tanku, které jsou konstrukčně řešeny pro vychlazování čpavkem a sice přepracováním na možnost jejich vychlazování pomocí teplonosného média, tedy řešení řízení a regulace přívodu teplonosného média do jednotlivých zón cylindrokónického tanku.

Výše uvedený nevýhody a nedostatky řeší zapojení pro nepřímé vychlazování obřího cylindrokónického tanku na kvašení piva teplonosným mediem na bázi monopropylenglykolu, glycerinu či jiné bázi, který je opatřen čtyřmi různými chladícími zónami, uspořádanými na vnějším povrchu cylindrokónického tanku, připojenými na přívodní a odpadní zpětná potrubí teplonosného media ze strojovny a do strojovny a zakrytými izolací a krycím pláštěm, jehož podstata spočívá v tom, že první až třetí chladící zóny mají každá samostatně své trubkové registry jednotlivě připojeny jejich spodními vstupy přes první potrubní uzavírací členy na odpovídající automatické řídící ventily výkonnostní regulace s pohonem, který jsou vybaveny měřící jednotkou průtoku a měřící jednotkou teplotního spádu v přívodním potrubí, kde každý tento automatický řídící ventil výkonnostní regulace s pohonem je propojen přes odpovídající druhý potrubní uzavírací člen na výstup oběhového čerpadla pro zóny cylindrokónického tanku, kde toto oběhového čerpadla je svým vstupem napojeno na alespoň jeden přívod teplonosného media, přičemž horní výstupy teplonosného media z jednotlivých první až třetí chladící zóny jsou jednotlivě přes třetí potrubní uzavírací členy napojeny výstupem společně přes čtvrtý potrubní uzavírací členy na odlučovač vzduchu s automatickým odvzdušněním, kde výstup z tohoto odlučovače vzduchu je přes zpětný ventil veden přes automatický odvzdušňovací řídící ventil opatřený snímačem hodnoty hladiny v odlučovači vzduchu, přičemž současně jsou tyto horní výstupy teplonosného media z jednotlivých první až třetí chladící zóny propojeny jednotlivě přes páté potrubní uzavírací členy (na odvod odpadního teplonosného média, přičemž jednotlivá odvodní potrubí teplonosného media z horních výstupů jednotlivých první až třetí chladící zóny jsou opatřena čtvrtou až šestou měřící jednotkou teplotního spádu v odvodním potrubí, přičemž další přívod teplonosného media je připojen přes oběhové čerpadlo na spodní vstup kónické čtvrté chladící zóny, upravené kolem spodní kónické části tanku, kde výstup oběhového čerpadla je připojen na první vstup troj čestného směšovacího ventilu, z jehož druhého vstup je propojen na vstup míchacího čerpadla pro kónickou část čtvrté chladící zóny, kde výstup tohoto míchacího čerpadla je přes šestý potrubní uzavírací členy propojen na čtvrtý automatický řídící ventil výkonnostní regulace s pohonem, jehož výstup je přes sedmý potrubní uzavírací člen propojen na spodní vstup kónické čtvrté chladící zóny, přičemž horní výstup teplonosného media ze čtvrté chladící zóny je propojen jednak přes osmý potrubní uzavírací členy na odlučovač vzduchu s automatickým odvzdušněním, jednak je propojen na vstup devátého potrubního uzavíracího členu, přičemž toto odvodní potrubí teplonosného media horního výstupu čtvrté chladící zóny je opatřeno sedmou měřící jednotkou teplotního spádu v odvodním potrubí,

- 2 CZ 35432 UI přičemž výstupy pátých a devátého potrubního uzavíracího členu jsou propojeny jednak do odvodního potrubí teplonosného média, jednak na třetí vstup trojcestného směšovacího ventilu, přičemž všechny měřící jednotky průtoku a všechny měřící jednotky teplotního spádu v přívodním a odvodním potrubí pro všechny zóny cylindrokónického tanku jsou propojeny na řídící vyhodnocovací jednotku, kam jsou rovněž napojeny všechny řízené automatické řídící ventily výkonnostní regulace s pohonem atrojcestný směšovací ventil.

Výhodou tohoto zapojení je to, že obrovské množství toxického a nebezpečného čpavku používaného dosud v pivovarech s obřími cylindrokónickými tanky je možné, prostřednictvím navrhovaného zapojení, snížit na minimum, a to jen maximálně na množství potřebné k ochlazování použitého nepřímého vychlazovacího media, jako je monopropylenglykol, glycerin či jiné látky.

Objasnění výkresů

Na připojeném výkrese je znázorněno zapojení pro nepřímé vy ohlazování obřího cylindrokónického tanku na kvašení piva teplonosným mediem na bázi monopropylenglykolu, glycerinu či jiné bázi, který je opatřen čtyřmi chladícími zónami, uspořádanými na vnějším povrchu cylindrokónického tanku.

Příklady uskutečnění technického řešení

Navržené řešení vytvářející novou a přesnou regulaci přívodu teplonosného média do jednotlivých zón cylindrokónického tanku CKT reflektuje požadavek, kdy technologické potřeby kvašení požadují někdy možnost vy ohlazovat některé z chladících zón méně a některé z chladících zón více, aby se docílilo požadovaného proudění piva v cylindrokónickém tanku CKT. Nutnou podmínkou pro uvedení této metody chlazení do provozu je nutnost dodržení požadovaných technologických časů zchlazování kvasícího piva, a to pak zvláště pro závěrečné stahování teploty piva v cylindrokónickém tanku CKT po hlavním kvašení - z cca + 12 °C na teplotu sudovací, která činí cca + 1 °C. Navržené řešení umožňuje požadované prokvašení a proudění piva v nádobě pomocí navržené regulace neboli zdokonaluje způsob vychlazování chladících zón na plášti cylindrokónického tanku CKT. Principem je pak ovládání jednotlivých chladících zón samostatně, kdy každý samostatný přívod do chladící zóny bude veden přes tzv. „energy valve“ neboli automatický řídící ventil s pohonem a jednotkou snímající teplotní hodnoty na vstupu a výstupu chladící zóna a komunikující s vyhodnocovací jednotkou „energy valve“, kde výsledkem je ovládání průtoku teplonosného média tímto ventilem s pomocí pohonu, neboli kde výsledkem je přímo regulace kvasné teploty v libovolné části cylindrokónického tanku CKT.

Na obrázku je cylindrokónický tank CKT, který má čtyři chladící zóny Zl, Z2, Z3 a Z4. Kónická čtvrtá chladící zóna Z4 cylindrokónického tanku CKT je svým spodním vstupem připojena na jeden přívod teplonosného media přes sériové propojení sedmého potrubního uzavíracího členu KK7, čtvrtý automatický řídící ventil EV-4, šestý potrubní uzavírací člen KK6 a míchací čerpadlo MC pro spodní kónickou část tanku KÓNUS CKT na jeden vstup trojcestného směšovacího ventilu 3EV. z jehož dalšího výstupu je následně propojení na výstup oběhového čerpadla OČ. kam jsou rovněž propojeny tři paralelní větve přívodního potrubí připojené na spodní vstupy na trubkové registry chladících zón Zl, Z2, Z3 cylindrokónického tanku CKT přes v každé větví propojené sériové kombinace první potrubní uzavírací členy KK1-1 resp. KK1-2 resp. KK1-3. automatický řídící ventil EV-1 resp. EV-2 resp. EV-3 a druhý potrubní uzavírací člen KK2-1 resp. KK2-2 resp. KK2-3. Všechny automatické řídící ventily EV-1 až EV-4 jsou vybaveny vyhodnocovací jednotkou komunikující do hlavního nadřazeného systému PLC, který realizuje vizualizaci stavu a eventuálně i nastavení. Pokud probíhá zchlazování nerovnoměrně nebo pomalým tempem, event, rychle v dolní nebo horní části, lze na základě hodnot z vyhodnocovacích modulů v řídícím

- 3 CZ 35432 UI systému automatických řídících ventilů EV-1 až EV-4 pro jednotlivé zóny přímo tyto jednotlivé zóny Z1 až Z4 přímo ovládat tak, aby chlazení probíhalo rovnoměrně a v požadovaném výkonu.

Všechna tato přívodní potrubí do všech chladících zón Zl, Z2, Z3 aZ4 jsou opatřena měřící jednotkou F. resp. F2, resp. F3, resp. F4 průtoku v přívodním potrubí a dále měřící jednotkou TI, resp. T2. resp. T3. resp. T4 teplotního spádu v přívodním potrubí. Vstup oběhového čerpadla OČ pro jednotlivé chladící zóny Zl, Z2, Z3 aZ4 cylindrokónického tanku CKT je pak napojen na přívod teplonosného média ze strojovny.

Horní výstupy teplonosného media z chladících zón Zl, Z2, Z3 a dále Z4 jsou, v rámci spojení s odpadním zpětným potrubím teplonosného media a odvzdušněním, opatřeny soustavami ventilů a to následně:

jednak je každý horní výstup opatřen třetím potrubním uzavíracím členem KK3-1 resp. KK3-2 resp. KK3-3 resp. osmých potrubním uzavíracím členem KK8 (pro čtvrtou chladící zónu Z4) na větev odvzdušnění, poté následně současně jsou propojeny do čtvrtého potrubního uzavíracího členu KK4. který je propojen přes odlučovač OV vzduchu s automatickým odvzdušněním a přes zpětný ventil ZV na odvzdušňovací řídící ventil EMV, kde je provedeno automatické odvzdušnění na základě hodnot hladiny v odlučovači vzduchu OV. Odlučovač vzduchu OV s automatickým odvzdušněním je výhodně upravený v oblasti obslužné plošiny cylindrokónického tanku CKT.

jednak dále jsou horní výstupy teplonosného media z chladících zón Z, Z2 aZ3 propojeny odvodními potrubími teplonosného média jednotlivě přes páté potrubní uzavírací členy KK5-1 resp. KK5-2 resp. KK5-3 a horní výstup teplonosného media z chladících zóny Z4 přes devátý potrubní uzavírací člen KK9 na odvod teplonosného média do strojovny. Tato odvodní potrubí jsou opatřena měřícími jednotkami T5, T6, T7, T8 teplotního spádu na odvodním potrubí.

Všechny měřící jednotky Fl, F2, F3, a F4 průtoku v přívodním a odvodním potrubí a všechny měřící jednotky TI až T7 teplotního spádu v přívodním a odvodním potrubí jsou napojeny na řídící vyhodnocovací jednotku PLC v rámci nadřazeného řídícího systému PC. Tento nadřazený řídící systém PC je rovněž propojen na řízené prvky zapojení regulujícími chlazení na základě naměřených parametrů, přičemž provádí výkonnostní regulaci na základě měření průtoku a teplotního spádu na rozvodu teplonosného média ze strojovny. Výkonnostní regulace je prováděna prostřednictvím automatických řídících ventilů EV-1. EV-2. EV3. EV-4 a trojcestného směšovacího ventilu 3EV.

Při konkrétní realizaci byly využity konstrukční prvky, jako ventily či systémové prvky, značky BELIMO.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

1. Zapojení pro nepřímé vy ohlazování cylindrokónického tanku (CKT) na kvašení piva teplonosným mediem na bázi monopropylenglykolu, glycerinu či jiné bázi, který je opatřen čtyřmi chladícími zónami (Zl, Z2, Z3, Z4), uspořádanými na vnějším povrchu cylindrokónického tanku (CKT), připojenými na přívodní a odpadní potrubí teplonosného media ze strojovny a do strojovny a zakrytými izolací a krycím pláštěm, vyznačující se tím, že chladící zóny (Zl, Z2, Z3) mají každá samostatně své trubkové registry jednotlivě připojeny jejich spodními vstupy pro vstup teplonosného média přes první potrubní uzavírací členy (KK1 -1, KK1-2, KK1-3) na odpovídající automatické řídící ventily (EV-1, EV-2, EV-3) výkonnostní regulace s pohonem, které jsou vybaveny měřící jednotkou (Fl, F2, F3) průtoku a měřící jednotkou (TI, T2, T3) teplotního spádu v přívodním potrubí, kde každý tento automatický řídící ventil (EV-1, EV-2, EV-3) výkonnostní regulace s pohonem je propojen přes odpovídající druhý potrubní uzavírací člen (KK2-1, KK2-2, KK2-3) na výstup oběhového čerpadla (OČ) pro zóny cylindrokónického tanku (CKT), kde toto oběhového čerpadla (OČ) je svým vstupem napojeno na alespoň jeden přívod teplonosného media, přičemž horní výstupy teplonosného media z jednotlivých chladících zón (Zl, Z2, Z3) jsou jednotlivě přes třetí potrubní uzavírací členy (KK3-1, KK3-2, KK3-3) napojeny výstupem společně přes čtvrtý potrubní uzavírací člen (KK4) na odlučovač (OV) vzduchu s automatickým odvzdušněním, kde výstup z tohoto odlučovače (OV) vzduchuje přes zpětný ventil (ZV) veden přes automatický odvzdušňovací řídící ventil (EMV) opatřený snímačem hodnoty hladiny v odlučovači (OV) vzduchu, přičemž současně jsou tyto horní výstupy teplonosného media z jednotlivých chladících zón (Zl, Z2, Z3,) propojeny jednotlivě přes páté potrubní uzavírací členy (KK5-1, KK5-2, KK5-3) na odvod odpadního teplonosného média, přičemž jednotlivá odvodní potrubí teplonosného media z horních výstupů jednotlivých chladících zón (Zl, Z2, Z3) jsou opatřena měřícími jednotkami (T4, T5, T6) teplotního spádu v odvodním potrubí, přičemž další přívod teplonosného media je připojen přes oběhové čerpadlo (OČ) na spodní vstup kónické čtvrté chladící zóny (Z4), upravené kolem spodní kónické části (KÓNUS) tanku (CKT), kde výstup oběhového čerpadla (OČ) je připojen na první vstup trojcestného směšovacího ventilu (3 EV), z jehož druhého vstupuje propojen na vstup míchacího čerpadla (MČ) pro kónickou část čtvrté chladící zóny (Z4), kde výstup tohoto míchacího čerpadla (MČ) je přes šestý potrubní uzavírací člen (KK6) propojen na čtvrtý automatický řídící ventil (EV-4) výkonnostní regulace s pohonem, jehož výstup je přes sedmý potrubní uzavírací člen (KK7) propojen na spodní vstup kónické čtvrté chladící zóny (Z4), přičemž horní výstup teplonosného media z chladící zóny (Z4) je propojen jednak přes osmý potrubní uzavírací člen (KK8) na odlučovač vzduchu (OV) s automatickým odvzdušněním, jednak je propojen na vstup devátého potrubního uzavíracího členu (KK9), přičemž toto odvodní potrubí teplonosného media horního výstupu chladící zóny (Z4) je opatřeno měřící jednotkou (T7) teplotního spádu v odvodním potrubí, přičemž výstupy potrubních uzavíracích členů (KK5-1, KK5-2, KK5-3, KK9) jsou propojeny jednak do odvodních potrubí teplonosného média, jednak na třetí vstup trojcestného směšovacího ventilu (3EV), přičemž všechny měřící jednotky (Fl, F2, F3, F4) průtoku a všechny měřící jednotky (TI až T7) teplotního spádu v přívodním a odvodním potrubí pro všechny zóny (Zl, Z2, Z3, Z4) cylindrokónického tanku (CKT) jsou propojeny na řídící vyhodnocovací jednotku (PLC), kam jsou

-5CZ 35432 UI rovněž napojeny řízené automatické řídící ventily (EV-1 až EV-4) výkonnostní regulace s pohonem atrojcestný směšovací ventil (3EV).