ES2330204T3 - Intercambiador de calor para tanques de fermentacion. - Google Patents
Intercambiador de calor para tanques de fermentacion. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2330204T3 ES2330204T3 ES02783826T ES02783826T ES2330204T3 ES 2330204 T3 ES2330204 T3 ES 2330204T3 ES 02783826 T ES02783826 T ES 02783826T ES 02783826 T ES02783826 T ES 02783826T ES 2330204 T3 ES2330204 T3 ES 2330204T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- heat exchanger
- tank
- fermentation
- fermentation tank
- cylinders
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
- F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
- F28D1/0206—Heat exchangers immersed in a large body of liquid
- F28D1/0213—Heat exchangers immersed in a large body of liquid for heating or cooling a liquid in a tank
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12G—WINE; PREPARATION THEREOF; ALCOHOLIC BEVERAGES; PREPARATION OF ALCOHOLIC BEVERAGES NOT PROVIDED FOR IN SUBCLASSES C12C OR C12H
- C12G1/00—Preparation of wine or sparkling wine
- C12G1/02—Preparation of must from grapes; Must treatment and fermentation
- C12G1/0213—Preparation of must from grapes; Must treatment and fermentation with thermal treatment of the vintage
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
- F28D7/103—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of more than two coaxial conduits or modules of more than two coaxial conduits
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
- F28D7/106—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of two coaxial conduits or modules of two coaxial conduits
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Distillation Of Fermentation Liquor, Processing Of Alcohols, Vinegar And Beer (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Alcoholic Beverages (AREA)
Abstract
Un Intercambiador de calor vertical para un tanque de fermentación, que comprende: un conjunto de por lo menos dos cilindros de doble pared colocados concéntricamente, consistiendo en un cilindro interno (34) y un cilindro externo (32) en comunicación fluida, dichos cilindros teniendo extremos opuestos; colectores en forma de rosquilla (40-46), unidos a los extremos de los cilindros (32, 34); y al menos una entrada y una salida, para suministrar y extraer un líquido de transferencia de calor del intercambiador de calor.
Description
Intercambiador de calor para tanques de
fermentación.
Se presenta un accesorio para el enfriamiento de
tanques de fermentación, el cual puede ser usado fundamentalmente
en la producción, enfriamiento y maduración de cerveza, sin embargo,
el mismo también puede ser empleado en la producción y fermentación
de vino, bebidas alcohólicas fermentables o bien en la producción de
leche y derivados lácteos.
El equipo de fermentación mejorado comprende la
combinación de un intercambiador de calor colocado internamente de
manera vertical, dentro de un tanque, y el cual comprende unos
cilindros concéntricos de doble pared, pudiéndose presentar
diferentes modalidades en cuanto a su longitud y capacidad,
dependiendo del tamaño y geometría del tanque, y donde a través de
dicho intercambiador de calor circulara un refrigerante para enfriar
el líquido a las temperaturas adecuadas para los procesos, el
refrigerante es suministrado y recuperado por medio de
distribuidores los cuales podrán situarse superior o
inferiormente.
La transmisión de calor se efectúa, cuando los
intercambiadores quedan sumergidos en el seno del líquido del mosto
de la cerveza y colocados en la parte central de los tanques
fermentadores.
Consta también de soportes tubulares, factibles
de ser empleados como conductos para la alimentación y extracción
de refrigerante, soluciones de limpieza y señales de control.
El intercambiador de calor de la invención
propuesta, tiene la versatilidad de ser empleado tanto en equipos
de fermentación nuevos como también adaptarse a equipos de
fermentación existentes mejorando la eficiencia de enfriamiento
notablemente.
Por consiguiente, el campo de acción de la
presente invención puede también incluir accesorios de enfriamiento
para la maduración de cerveza y por extensión a la fermentación de
vino, whiskey, tequila, ron, vodka, en general para cualquier tipo
de bebida destilada producida durante la fermentación de mostos por
medio de levaduras, o cualquier microorganismo pudiéndose emplear
también como enfriador y fermentadores de productos lácteos.
La patente
US-A-4,206,237 describe un tanque de
fermentación que comprende camisas externas superior e inferior.
Además se proporciona una camisa de enfriamiento por debajo de la
pared de fondo del aparato. El objeto del tanque es someter a la
cerveza que se encuentra en la porción inferior, a un enfriamiento
más intenso.
La patente DE-201,07,924U
describe un tanque de fermentación para cerveza que incluye una
camisa de enfriamiento interna y una bomba con objeto de
proporcionar un movimiento mecánico en el mosto de la cerveza.
La patente
US-A-3,910,172 describe un tanque de
fermentación que incluye camisas externas y camisas de enfriamiento
para un fondo cónico. El objeto del tanque es proporcionar una
pluralidad de etapas dispuestas verticalmente de estructuras
anulares dispuestas externamente alrededor del tanque y del fondo
cónico. Dichas estructuras anulares están formadas por porciones de
camisa llamadas "cooling pockets" (bolsas de enfriamiento)
conectadas en serie. El fluido de enfriamiento/calentamiento se
suministra independientemente a cada estructura anular. El aparato
también incluye una pluralidad de tubos llamados "glove
fingers" (dedos de guante) para tomar muestras de temperatura en
el interior del tanque. Dichos cooling pockets y glove fingers
proporcionan un mejor control de la temperatura al interior del
tanque.
La patente
GB-A-1,046,291 se refiere a un
aparato para decantar levadura de un mosto fermentado derivado de
un proceso de fermentación continuo. El aparato comprende medios de
deflexión que definen una trayectoria en espiral para la
decantación de la mezcla del mosto líquido de levadura y medios de
enfriamiento.
De conformidad con el mejor conocimiento de los
autores de la presente invención, los objetivos pueden resumirse de
la siguiente manera.
Es un propósito de la presente invención, contar
con un equipo de enfriamiento interno vertical para tanques de
fermentación los cuales pueden utilizar cualquier tipo de
refrigerante dentro de los tanques fermentadores, enfriadores y
maduradores de cerveza. El sistema optimiza el control y
distribución de la temperatura dentro del tanque, durante la
fermentación, dando como resultado una cerveza de mejor calidad,
además de acortar considerablemente el tiempo de enfriamiento en
comparación a sistemas convencionales.
La presente invención también tiene el objetivo
de ser un equipo versátil de tal manera que es compatible con los
equipos tradicionales con camisas de enfriamiento externas, de tal
manera que puede ser utilizado en conjunción con dichos equipos,
como una característica de modernización, o bien emplearse en
tanques de fermentación nuevos.
Otro de los objetivos de la presente invención
es disponer de un intercambiador de calor vertical, inmerso en el
mosto ó cerveza dentro de los tanques de fermentación, estando
formado por tubos o cilindros de doble pared metálica, por los
cuales circulará un refrigerante sin mezclarse con el mosto de la
cerveza. El intercambiador de calor, al estar colocado en el
interior del dispositivo de fermentación, logra homogenizar la
temperatura, optimizando el proceso de enfriamiento y fermentación,
evitando altas diferencias de temperaturas del líquido, que resulta
de la fermentación exotérmica en las diferentes zonas del líquido,
con lo que se obtendrá una cerveza de mejor calidad al tener una
fermentación controlada y, al mismo tiempo, minimizando la formación
de alcoholes pesados, volátiles y subproductos no deseables.
La presente invención tiene también el propósito
de contar con un intercambiador de calor el cual puede ser
fabricado en cualquier tamaño y con la capacidad apropiada de
acuerdo a los requerimientos de enfriamiento, es decir, el volumen
a fermentar y enfriar. La distribución del intercambiador de calor
dentro del tanque puede ser cualquiera y su funcionamiento puede
efectuarse de manera manual, automática o una combinación de ambos,
no siendo una limitación las dimensiones o el diámetro del tanque
fermentador a enfriar. Además, se ha desarrollado un intercambiador
de calor amplio de tal manera que puede utilizar combinaciones de
sistemas concéntricos con diferentes geometrías, a diferencia de
tener en el tanque fermentador las camisas externas como el único
elemento de enfriamiento como ocurre en los tanques fermentadores
convencionales.
Como otra característica de la presente
invención, se ha previsto eliminar la camisa de enfriamiento
instalada en el fondo cónico de los tanques de fermentación
convencionales, debido a la viabilidad de ubicar internamente el
intercambiador de calor vertical, situándolo cerca del fondo para
provocar el movimiento térmico necesario para enfriar esta parte
del fermentador, logrando así la misma temperatura y control de
fermentación para todo el tanque y, de esta manera, optimizar el
proceso de fermentación, ya que en tal caso se evita la doble
fermentación.
Como otro objetivo de la presente invención, se
ha previsto la versatilidad de la geometría del intercambiador de
calor por medio de tubos rectos simples o concéntricos para el paso
del refrigerante y su uso dependerá de la aplicación, y tamaño del
fermentador. En este caso, tanto el suministro y extracción del
refrigerante del intercambiador de calor se hace desde el exterior
del tanque fermentador a través de tubos conectados a las unidades
de transferencia de calor, no teniendo contacto directo el
refrigerante con el mosto de la cerveza.
Otro propósito de la presente invención es
incluir turbinas de limpieza de alta presión y de alto flujo e
instalación de aspersor de bola, debidamente orientados para la
limpieza rápida del tanque de fermentación y del intercambiador de
calor vertical cilíndrico, facilitando la limpieza del equipo antes
de iniciar otro lote de producción.
Otro fin de la presente invención es reducir la
distancia recorrida por el refrigerante dentro del intercambiador
de calor vertical, por lo que la diferencia de temperaturas entre el
refrigerante y el líquido a enfriar se mantiene alta, permitiendo
una mayor eficiencia de enfriamiento, a diferencia de camisas
exteriores localizadas en tanques convencionales, donde las
distancias de recorrido del refrigerante son mayores teniendo una
diferencia de temperaturas en promedio menor.
En el caso de la invención propuesta, por medio
del empleo del intercambiador de calor vertical, la velocidad de
circulación del refrigerante se incrementa debido a la geometría
recta de los tubos con lo cual se optimiza el proceso de
enfriamiento. Así mismo, la instalación del intercambiador de calor
vertical en el centro del tanque disminuye la formación de estratos
de temperatura en comparación con los sistemas convencionales y, al
mismo tiempo, se incrementan las velocidades naturales de las
corrientes térmicas ascendentes y descendentes, dando por resultado
diferencias mínimas de temperatura (fermentación más controlada) y
por ende mejores productos.
Otro objeto de la presente invención es provocar
un movimiento vigoroso del mosto durante la fermentación, lo que
induce a un mejor contacto entre las células de levadura y el mosto,
mejorando el proceso de fermentación. Al tener una temperatura mas
uniforme en los estratos del mosto durante la fermentación, se
mejora el control de la formación de alcoholes pesados, volátiles y
subproductos no deseados.
Es otro propósito de la presente invención,
permitir un mejor aprovechamiento de la energía y menor consumo ya
que toda su superficie esta en contacto con el líquido a enfriar, a
diferencia de los sistemas tradicionales en los que la pared
exterior de las camisas se orienta hacia el ambiente exterior
provocando perdidas de calor al ambiente, aun con uso de
aislamiento.
La presente invención tiene también el objetivo
de facilitar la homogeneidad de la temperatura y el movimiento del
líquido durante el enfriamiento, ayudando a mejorar el coeficiente
de transmisión y al mismo tiempo, eliminar la necesidad de utilizar
sistemas de burbujeo con dióxido de carbono empleado en los sistemas
tradicionales.
\vskip1.000000\baselineskip
En los tanques fermentadores de mosto para la
producción de todo tipo de cerveza, así como tanques universales
conocidos en la industria como unitanks (tanques unitarios), de
diseño tradicional, el control de temperatura durante la
fermentación, enfriamiento y maduración se efectúa con camisas de
enfriamiento por fuera de los tanques, ubicadas en las paredes de
los mismos, donde únicamente se utiliza la parte interior de la
camisa para el enfriamiento del mosto y cerveza.
Se utilizan distintos diseños y disposiciones de
camisas instaladas en las paredes verticales de los tanques de
fermentación y en los conos, las camisas pueden ser instaladas en
posición vertical u horizontal, en una o varias secciones de
enfriamiento pero todas ellas son instaladas soldándolas a la pared
exterior del cuerpo del tanque fermentador.
En los fermentadores de diseño tradicional,
conforme aumenta su capacidad, se aumenta el diámetro de los mismos,
por lo que al tener instaladas las camisas en el exterior, la
distancia de la zona de enfriamiento hacia el centro de los
fermentadores se va incrementando y llegando a distancias mayores a
cinco metros, lo que provoca que el control de temperatura no sea
uniforme, y el movimiento de los líquidos no sea el adecuado,
promoviendo la formación de estratos y diferencias de temperatura a
veces mayores a 3ºC, que impiden una fermentación controlada,
provocándose la formación de subproductos no deseados. Ello va en
detrimento de la calidad de cerveza producida. Lo anterior se va
haciendo más notorio conforme aumenta la capacidad de los
fermentadores. Esto obliga a que algunos productores de cerveza
limiten el tamaño de los fermentadores para disminuir este efecto,
implicando el tener que incrementar sus costos de inversión para
tener mas fermentadores y por ende el costo de producción de
cerveza incrementa.
Así mismo el utilizar camisas de enfriamiento
exteriores limita el diseño de la geometría de los tanques, ya que
para tener una mayor área de transmisión de calor desde las camisas
externas de enfriamiento y mayor velocidad de enfriamiento, se
requiere una alta relación de altura sección recta/diámetro de
tanque, mayor a 2:1. Lo que va en contra de los requerimientos
tecnológicos para la producción de una cerveza de calidad.
En sistemas convencionales se requiere la
colocación de camisas de enfriamiento en los fondos cónicos de los
tanques, para controlar la fermentación y el enfriamiento en esta
zona, con un control de temperatura independiente. Estas camisas no
siempre trabajan de forma similar a las camisas superiores,
provocando dos tipos de fermentaciones, lo cual va en detrimento de
la calidad de la cerveza.
Por otra parte, la velocidad de enfriamiento de
la cerveza, en la etapa final del proceso, está limitada por las
áreas de las camisas disponibles, por lo que se tienen tiempos de
ocupación más largos en los fermentadores; requiriéndose mayor
numero de estos para lograr la capacidad de producción deseada en
las plantas.
Los coeficientes de transmisión de calor, en los
diseños convencionales con camisas de enfriamiento externas, son
por lo general bajos, este factor, así como el hecho de utilizar una
sola cara de la camisa para el enfriamiento, limita su eficiencia.
Es común utilizar inyección de dióxido de carbono, en las etapas
finales de enfriamiento, para acelerar el movimiento de la cerveza
y así incrementar el coeficiente de transmisión de calor para un
enfriamiento más rápido. Adicionalmente, en la cara exterior de la
camisa, incluso cuando está aislada, existe una pérdida de energía
por transmisión de calor debido a la diferencia de temperaturas
entre el ambiente exterior y la temperatura del refrigerante.
En resumen, los sistemas tradicionales tienden a
dificultar el control de la calidad de la cerveza e inducir
periodos largos de enfriamiento, lo que eleva el costo de
producción.
La presente invención, consistente de un
intercambiador de calor colocado internamente de manera vertical,
corrige y mejora los rendimientos de los sistemas tradicionales.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1, es una vista en corte vertical de
un tanque fermentador en conjunto con el intercambiador de calor
colocado internamente de manera vertical;
La figura 2, es una vista en corte vertical de
un tanque fermentador en conjunto con el un intercambiador de calor
colocado internamente de manera vertical mostrándose el movimiento o
flujo de las corrientes termales:
La figura 3, es una vista superior en corte
lateral de un tanque fermentador donde se aprecia el atirantado del
intercambiador de calor;
La figura 4, es una vista inferior en corte
lateral, de un tanque fermentador donde se aprecia el tensado del
intercambiador de calor;
La figura 5, es una vista en corte lateral, de
dos cilindros de doble pared por donde circula el refrigerante;
La figura 6, es una perspectiva mostrando el
detalle del colector superior en conjunto con los tubos
concéntricos:
La figura 7, es una perspectiva mostrando el
detalle del colector inferior en conjunto con los tubos
concéntricos;
Las figuras 8 a 19 muestran, en corte lateral,
varios arreglos o modalidades posibles del intercambiador de calor
que puede llevar un tanque de enfriamiento;
Las figuras 20 a 26 muestran, en corte vertical,
diversas formas de arreglo de los cilindros de doble pared,
interiores y exteriores del intercambiador de calor que pueden ser
usadas.
Con referencia a dichas figuras y siguiendo la
misma nomenclatura de los signos de referencia indicados, la
presente invención consiste en un intercambiador de calor vertical
interno (30), para ser instalado dentro de un tanque (10), de este
ultimo destacan tres secciones principales: una tapa domo superior
(12), de tipo abombado, cuya función será la de mantener un espacio
suficiente para almacenar los gases formados durante el proceso de
la fermentación; un cuerpo (14), de forma cilíndrica cuya función
será la de contener el mosto de la cerveza para realizar el proceso
de fermentación, cuya reacción exotérmica requiere de un
enfriamiento y también para enfriar la cerveza después de la
fermentación, para lo cual sobre la pared externa puede llevar una
camisa de enfriamiento (20), se suele aislar todo el tanque
fermentador, para disminuir perdidas de calor hacia el medio
ambiente y, un fondo (16) de forma cónica, con ángulo de diseño
variable, cuya función será la de recibir y almacenar las
partículas que se sedimentan, las cuales finalmente se extraen
mediante una válvula inferior (18), al igual que el mosto y la
cerveza después de haber separado los sedimentos.
Hacia el interior del tanque fermentador (10) se
localiza un intercambiador de calor (30), de manera centrada y
colocado verticalmente, cuya función será la de enfriar el mosto y
la cerveza y mantenerlos dentro del rango de temperatura deseada en
las diferentes etapas del proceso.
Este intercambiador de calor (30), comprende un
conjunto de dos cilindros rectos concéntricos formando una doble
pared por donde circulará un refrigerante, para mantener el mosto de
la cerveza y la cerveza dentro de los rangos de temperatura
deseados; los cuales forman el cilindro exterior (32), unidos en
cada uno de sus extremos a unos distribuidores de refrigerante en
forma de rosquilla, los cuales denominamos: colector externo
superior (40) y colector externo inferior (42), a través de los
cuales se alimentara, distribuirá y evacuara el refrigerante.
De manera similar, se cuenta con otro juego de
dos cilindros rectos concéntricos, de doble pared, colocados de
manera vertical y concéntricos al cilindro exterior (32) que
conforman el cilindro interior (34), unidos estos en cada uno de
sus extremos a unos distribuidores de refrigerante, también en forma
de rosquilla, los cuales se denominan colector interno superior
(44) y colector interno inferior (46), y por cuyo interior circula
también un refrigerante. Estos colectores externos (40) y (42) así
como los colectores internos (44) y (46) tienen la función de
distribuir mejor el refrigerante y a la vez, servir de cámara de
compensación para alimentar y extraer el refrigerante.
Los colectores tanto externos como internos, se
encuentran dispuestos en combinación con los cilindros concéntricos
formando una doble pared cerrada en sus extremos, llevando una
multiplicidad de orificios (48), para la distribución y extracción
del refrigerante, localizados en la periferia de dichos extremos y
confinados por medio de una cubierta de forma hemisférica en forma
de rosquilla (68) y (70).
El cilindro exterior de doble pared (32) del
intercambiador de calor (30) se une en su extremo inferior al
colector externo inferior (42), y tiene colocadas unas tuberías
(58), cuya función será tanto la de soportar el peso de los
intercambiadores de calor (32) y (34), como servir de elemento de
conducción del refrigerante, así como la conducción de señales de
los sensores de temperatura y están unidas en sus extremos
inferiores contra las paredes laterales de la sección cónica (16).
Por otra parte, las tuberías (50) y (52) tienen como función,
soportar el peso del intercambiador de calor (34) y además servir
para la conducción del refrigerante del intercambiador (32) al (34).
La conducción del refrigerante del intercambiador (32) al (34)
también puede efectuarse por el conducto 56 en la parte inferior y
la evacuación en la parte superior por el conducto (50). Además en
la sección del colector externo superior (40), se cuenta con las
tuberías de soporte (60), colocadas también de manera equidistante
y las cuales se unen en sus extremos a la pared del cuerpo (14),
cuya función además de mantener en posición el cambiador de calor
(30), servirá para salida del refrigerante, y para la conducción de
señales de los sensores de temperatura. Las tuberías de soporte
tanto las inferiores (52) y (58), como las superiores (50) y (60)
son al menos tres en cada sección, distribuidas de manera
equidistante.
Por una o varias de las tuberías (58), o bien
por la tubería (74) circulará el refrigerante al colector externo
inferior (42), para dirigirse por la camisa (32) y de ahí al
colector externo superior (40), para de ahí transferirse a través
de los conductos (60) al exterior de tanque fermentador. De la misma
manera, a través de los conductos (56) y (52), circulará el
refrigerante al colector interno inferior (46), para dirigirse por
la chaqueta (34) y de ahí al colector interno superior (44), para
de ahí por cualquiera de los conductos (60), evacuar el refrigerante
al exterior del tanque fermentador, para su recolección.
Mediante el intercambiador de calor (30)
propuesto, en la sección cónica (16), se produce una corriente
interna del mosto mas vigorosa, proveniente del espacio concéntrico
que forman los conjuntos de las camisas (32) y (34), provocando una
turbulencia en el fondo, (véase figura 2) por lo cual no se hace
necesaria la instalación de una camisa exterior (72) sobre la pared
externa cónica (16), como en los sistemas convencionales, ya que, la
distancia inferior de los cilindros con relación al fondo se puede
ajustar adicionalmente. Este movimiento es deseado para que la
mayor parte del mosto esté en contacto con la levadura y pueda
llevare a cabo la reacción biológica mas fácilmente, para obtener
la cerveza. El efecto anterior también se aplica durante la etapa de
enfriamiento eliminando la necesidad de burbujeo de dióxido de
carbono, en los sistemas tradicionales, que lo utilizan para
incrementar el coeficiente de transmisión.
Las purgas de aceite, en el caso de utilizar
amoniaco como refrigerante, son externas al tanque utilizándose
para el drenado cualesquiera de los tubos de soporte (58). También
el equipo se ha dotado de líneas de purga de aire (24), cuya
función será la de expulsar el aire que se acumule dentro de los
colectores del intercambiador de calor (30), para el caso de
utilizar glicol como refrigerante.
Las exigencias de limpieza son muy importantes,
para evitar infecciones biológicas no deseables, esto se logra
primero: fabricando los sistemas de intercambio, con alto grado de
pulido en las superficies de los intercambiadores y sus partes, para
que el desprendimiento de levaduras, residuos, espuma, cerveza sea
rápido al utilizarse las soluciones detergentes. El diseño mecánico
del intercambiador de calor (30), es tal que durante la limpieza,
toda la superficie de los mismos queda en contacto con los líquidos
de limpieza. Un sistema de distribución de las soluciones de
limpieza esta formado por una turbina central de limpieza (22) de
alta presión y flujo, y de al menos cuatro auxiliares, una de ellas
en la parte inferior del intercambiador (30); que limpian las
paredes interiores del tanque fermentador (10), así como las
superficies del intercambiador de calor (30), lográndose una
limpieza eficiente sobre la base del flujo, la fuerza de choque en
las paredes, los ciclos y concentraciones de limpieza; así como los
patrones de flujo, además de ser un sistema desmontable para
inspección y mantenimiento, además de integrar sensores que
detectan los movimientos de flujo en las turbinas para garantizar la
limpieza, dichas turbinas (22) se han seleccionado para
auto-limpiarse entre si de modo que se asegura una
limpieza de amplio espectro.
Por otra parte, los sensores de temperatura
(66), pueden instalarse en el interior del tanque fermentador en
cualquier posición en los tubos de alimentación o evacuación (58),
(74) y (66), conduciendo las señales en su interior, esto permite
un mejor control de la temperatura, que la instalación únicamente en
las paredes del tanque fermentador en sistemas tradicionales.
Como una modalidad de la presente invención, el
intercambiador de calor (30), puede estar formado de un múltiplo
mayor de camisas como aparece en la figura 8, o bien formar un haz
de camisas como se aprecian en las figuras 9 y 10, pudiendo también
unirse estas camisas tal y como se representan en la figura 14.
También se ha previsto el empleo de aletas de
distribución (60), consistentes en placas deflectoras para asegurar
un contacto más íntimo e intercambio de calor tal y como se aprecian
en las figuras 16 y 17, o camisas radiales 68 intermedias entre las
camisas de los tubos (32) y (34).
Finalmente, dependiendo del tipo de fermentación
que se quiere efectuar, el intercambiador de calor (30), puede tener
diferentes dimensiones en el largo de las camisas exteriores (32) y
de las camisas interiores (34) como puede apreciarse en las figuras
20 a 26.
Es decir, que la presente invención tiene la
versatilidad de poder adaptarse a cualquier proceso de fermentación
de líquidos, y en diferentes capacidades y geometrías de
fermentadores, aun en fermentadores convencionales existentes, para
su modernización, no importando si estos cuentan con camisas
exteriores ya instaladas.
El fluido refrigerante puede ser de cualquier
tipo, es decir, puede ser un líquido con un índice de evaporación
alto, o bien, un líquido el cual no sufre un notorio cambio de
estado físico o líquido con sólido con y sin cambio de estado.
La alimentación del refrigerante puede hacerse
indistintamente por la parte superior (60), o por la parte inferior
(58) y (56), del intercambiador de calor (30).
Así para el caso por ejemplo de amoniaco, o
cualquier refrigerante líquido-gas, la alimentación
puede ser por la parte inferior o bien por la superior, mientras que
si se trata de sistemas líquidos como glicoles, la alimentación debe
ser por la parte inferior.
Sea cual fuera la alimentación, su salida será
siempre opuesta, esto es, si una es por la parte superior la otra es
por la inferior y viceversa. Esto dependerá del tipo de refrigerante
empleado, sin embargo, sin importar que refrigerante sea usado, el
sistema no se ve alterado. La decisión de cual usar esta en manos
del usuario.
Estando el tanque fermentador (10) lleno con el
mosto a fermentar, el refrigerante entra al intercambiador de calor
(30) por ejemplo, por la parte inferior a través de los tubos de
soporte (58), o por las conexiones laterales (74), la alimentación
puede ser por uno o por todos los tubos, dependiendo del tamaño del
fermentador y del proceso empleado, controlándose el flujo por
medio de válvulas colocadas externamente a la entrada de la
alimentación del refrigerante. Las señales de información para el
control de temperatura se efectúan por medio de los sensores (66),
que en el caso de la presente invención, pueden ser instalados en el
interior del tanque para tener lecturas, y control de la
fermentación mas preciso, a diferencia de los sistemas
convencionales, en que los sensores son instalados en la pared del
tanque fermentador.
Una vez que el refrigerante entre a los
distribuidores (42) y (46). Cada uno alimentara a las camisas
concéntricas (32) y (34), y dará comienzo su inundación, y conforme
se produzca la evaporación del refrigerante, esto es, cuando reciba
la energía en forma de calor del mosto o cerveza, el vapor será
recibido por los colectores superiores (40) y (44), cuyo diseño
interno se ha incluido como parte de este documento para permitir
una adecuada recolección del refrigerante empleado que lo conducirán
a la tubería de salida del tanque por los tubos (60) utilizados
también como soportes del intercambiador de calor (30) para
mantenerlo en posición dentro del tanque. El refrigerante tipo
líquido-gas, por ejemplo amoniaco puede también
alimentarse por la parte superior, el flujo se invierte, el único
cambio es el tipo de distribuidores a emplearse.
Para el caso de usar un refrigerante líquido,
por ejemplo glicol, la alimentación es por la parte inferior (42) y
(46) y la salida por la parte superior a través de los colectores
externos superiores (40) y (44), con diseño especial para este tipo
de refrigerante, en este caso a los colectores superiores (40) y
(44), se les instala un sistema de ventilación y purga de aire (24),
necesario para un funcionamiento adecuado.
Por el lado del mosto y la cerveza, se producirá
la formación de corrientes descendentes y ascendentes así como
circulares como se indica en la figura 2. Debido a los cambios de
densidad y viscosidad del mosto o de la cerveza. Estos cambios en la
circulación del líquido son diferentes a los producidos cuando se
enfría solamente por las paredes del tanque. En el nuevo sistema se
produce una mayor turbulencia debido la distribución del
intercambiador vertical interno (30), dentro del tanque de
fermentación (10), permitiendo que una mayor parte del mosto o
cerveza esté en contacto con la superficie enfriadora induciendo así
una mayor homogenización de la temperatura de fermentación, por lo
que se produce menos cerveza fermentada a diferente temperatura y
por lo tanto un mejor control de la calidad de ella.
La evacuación del refrigerante usado por el
intercambiador de calor (30), se hace por medio de los colectores
superiores (40) y (44) de ellos hacia fuera del tanque de
fermentación (10) por una o mas tuberías (60) y (54) dependiendo del
volumen a extraer y si la alimentación es superior o inferior.
Para el caso de utilizar como refrigerante,
glicol o hielo dinámico, también el sistema de control es similar a
los convencionales, utilizando válvulas de cierre rápido
on-off para el control de alimentación y salida del
refrigerante, así como válvulas de seguridad calibradas y
respiraderos internos para purga (24) dirigidos y operados desde el
domo (12), donde también se instalan las válvulas de control y vacío
(26).
Claims (8)
1. Un Intercambiador de calor vertical para un
tanque de fermentación, que comprende:
- \quad
- un conjunto de por lo menos dos cilindros de doble pared colocados concéntricamente, consistiendo en un cilindro interno (34) y un cilindro externo (32) en comunicación fluida, dichos cilindros teniendo extremos opuestos;
- \quad
- colectores en forma de rosquilla (40-46), unidos a los extremos de los cilindros (32, 34); y
- \quad
- al menos una entrada y una salida, para suministrar y extraer un líquido de transferencia de calor del intercambiador de calor.
2. El intercambiador de calor para un tanque de
fermentación según la reivindicación 1, caracterizado porque
el cilindro interno (34) está axialmente desplazado con respecto del
cilindro externo (32).
3. El intercambiador de calor para un tanque de
fermentación según la reivindicación 1, caracterizado porque
dichos colectores en forma de rosquilla (40-46),
comprenden una pluralidad de orificios (48) localizados en la
periferia de cada extremo de cada cilindro y que están confinados
por una cubierta hemisférica en forma de rosquilla (49) de los
colectores en forma de rosquilla (40-46).
4. Un tanque de fermentación que comprende un
intercambiador de calor (30) según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, localizado internamente y dispuesto
verticalmente dentro del tanque, y además incluye un domo superior
(12), un cuerpo cilíndrico (14) y una sección inferior que tiene
forma cónica (16).
5. El tanque de fermentación según la
reivindicación 2 caracterizado porque el intercambiador de
calor (30), además comprende aletas radiales (60, 68, 70) o
conductos radiales intermedios de doble pared dispuestos entre los
cilindros colocados concéntricamente (32, 34).
6. El tanque de fermentación según la
reivindicación 4, caracterizado porque además comprende una
camisa de refrigeración externa (20, 72) alrededor del cuerpo
cilíndrico (14) y/o la sección inferior que tiene una forma cónica
(16).
7. El tanque de fermentación según la
reivindicación 4, caracterizado porque además comprende un
sistema de limpieza, que consiste en una pluralidad de turbinas de
alto flujo (22) y presión colocadas dentro del domo superior
(12).
8. Un método para la fabricación de un tanque
(10) para efectuar fermentaciones que comprende las etapas de:
proporcionar un tanque existente y colocar al menos un
intercambiador de calor vertical según la reivindicación 1 dentro
de dicho tanque.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/MX2002/000096 WO2004031340A1 (es) | 2002-10-03 | 2002-10-03 | Intercambiador de calor tanque de fermentación |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2330204T3 true ES2330204T3 (es) | 2009-12-07 |
Family
ID=32065056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES02783826T Expired - Lifetime ES2330204T3 (es) | 2002-10-03 | 2002-10-03 | Intercambiador de calor para tanques de fermentacion. |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20050077029A1 (es) |
| EP (1) | EP1591516B1 (es) |
| AU (1) | AU2002347649A1 (es) |
| BR (1) | BR0213576A (es) |
| DE (1) | DE60233004D1 (es) |
| ES (1) | ES2330204T3 (es) |
| WO (1) | WO2004031340A1 (es) |
Families Citing this family (46)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3670648B2 (ja) * | 2003-02-07 | 2005-07-13 | 新光電子株式会社 | 荷重測定機構 |
| WO2006130610A2 (en) * | 2005-05-31 | 2006-12-07 | Nanologix, Inc. | Method of hydrogen production utilizing excess heat from an industrial facility |
| CN101228261A (zh) * | 2005-05-31 | 2008-07-23 | 纳诺罗吉克斯公司 | 利用来自工业设备的余热的制氢装置 |
| WO2006130557A2 (en) * | 2005-05-31 | 2006-12-07 | Nanologix, Inc. | Dual hydrogen production apparatus |
| WO2006130680A2 (en) * | 2005-05-31 | 2006-12-07 | Nanologix, Inc. | Method of hydrogen production combining a bioreactor with a nuclear reactor and associated apparatus |
| WO2006135750A2 (en) * | 2005-06-10 | 2006-12-21 | Nanologix, Inc. | Method for utilizing nonparaffinophilic microorganisms for producing specific waste degradation |
| WO2006135676A2 (en) * | 2005-06-10 | 2006-12-21 | Nanologix, Inc. | Method for isolating potential antibiotic microorganisms |
| WO2006135674A2 (en) * | 2005-06-10 | 2006-12-21 | Nanologix, Inc. | System for sustained microbial production of hydrogen gas in a bioreactor utilizing a circulation system |
| WO2006135632A2 (en) * | 2005-06-10 | 2006-12-21 | Nanologix, Inc. | System for sustained microbial production of hydrogen gas in a bioreactor |
| WO2006135711A2 (en) * | 2005-06-10 | 2006-12-21 | Nanologix, Inc. | System for sustained microbial production of hydrogen gas in a bioreactor |
| WO2006135673A2 (en) * | 2005-06-10 | 2006-12-21 | Nanologix, Inc. | Production of hydrogen gas and isolation of hydrogen producing microorganisms using replenishing coated substrates |
| WO2006135672A2 (en) * | 2005-06-10 | 2006-12-21 | Nanologix, Inc. | Production of hydrogen gas in a bioreactor with coated substrates |
| WO2007001788A1 (en) * | 2005-06-21 | 2007-01-04 | Nanologix, Inc. | System for sustained microbial production of hydrogen gas in a bioreactor utilizing an equalization tank |
| WO2007001796A2 (en) * | 2005-06-21 | 2007-01-04 | Nanologix, Inc. | Method for sustained microbial production of hydrogen gas in a bioreactor utilizing an equalization tank |
| US20060286658A1 (en) * | 2005-06-21 | 2006-12-21 | Justin Felder | Method for concentrated growth of a paraffinophilic microorganism for bioremediation and an associated apparatus |
| US20070037268A1 (en) * | 2005-08-09 | 2007-02-15 | Felder Mitchell S | Hydrogen producing bioreactor with sand for the maintenance of a high biomass bacteria |
| US20070036712A1 (en) * | 2005-08-09 | 2007-02-15 | Felder Mitchell S | Method of hydrogen production utilizing sand for the maintenance of a high biomass bacteria in a hydrogen bioreactor |
| WO2007032798A2 (en) * | 2005-09-01 | 2007-03-22 | Nanologix, Inc. | Method for sustained microbial production of hydrogen gas in a bioreactor using klebsiella oxytoca |
| AU2008217539B2 (en) * | 2007-02-22 | 2013-09-12 | Coopers Brewery Limited | Brewing apparatus and method |
| JP4900808B2 (ja) * | 2007-03-09 | 2012-03-21 | 株式会社日立プラントテクノロジー | 製造物の温度調整システム |
| SG172881A1 (en) | 2009-01-13 | 2011-08-29 | Millipore Corp | Improved biomaterial freezing |
| MX338655B (es) * | 2009-10-22 | 2016-04-27 | Angel Jose Enrique Soto Porrua | Reduccion del tiempo de enfriamiento de la cerveza en los tanques de proceso inyectando gas bioxido de carbono. |
| BRPI1103837A2 (pt) * | 2011-08-08 | 2013-07-30 | De Mieres Marco Antonio Goncalves | biofermentador de resÍduos, por controle de temperatura por meio de aquecimento e resfriamento de uma soluÇço lÍquida ou gasosa adicionada para aproveitamento e uso energÉtico |
| US10385298B2 (en) | 2012-06-22 | 2019-08-20 | Steven Dee Wayne Webber | Fermentation temperature management |
| US9868928B2 (en) | 2013-09-28 | 2018-01-16 | Nathan Robert Janz | System for brewing |
| CN103614293B (zh) * | 2013-11-22 | 2015-08-12 | 南京汇科生物工程设备有限公司 | 用于高密度酵母连续发酵的气升式内环流反应器及酵母连续发酵方法 |
| CN103992900A (zh) * | 2014-04-29 | 2014-08-20 | 张家口奥斯特不锈钢工程有限公司 | 一种新型米香型白酒生产的糖化发酵罐 |
| CN105039143A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-11-11 | 成都佳美嘉科技有限公司 | 真空发酵罐 |
| CN107058061A (zh) * | 2017-05-02 | 2017-08-18 | 中核第四研究设计工程有限公司 | Vc气升式带换热发酵罐 |
| CN108315227A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-07-24 | 泉州市南方食品机械有限公司 | 一种椰果发酵罐的罐内底置换热器 |
| CN108410642B (zh) * | 2018-05-28 | 2024-04-12 | 泸州老窖集团有限责任公司 | 用于固态酿造的智能发酵装置 |
| IT201800007924A1 (it) | 2018-08-07 | 2020-02-07 | Patrizia Biasior | Serbatoio con tasca di scambio di calore a spirale |
| EP3841335B1 (en) * | 2018-08-23 | 2024-02-28 | Abell, Thomas, U. | System and method of controlling temperature of a medium by refrigerant vaporization |
| US11719473B2 (en) | 2018-08-23 | 2023-08-08 | Thomas U. Abell | System and method of controlling temperature of a medium by refrigerant vaporization and working gas condensation |
| US11709006B2 (en) | 2018-08-23 | 2023-07-25 | Thomas U. Abell | System and method of controlling temperature of a medium by refrigerant vaporization |
| US11702624B2 (en) * | 2018-08-29 | 2023-07-18 | Cedar Knoll Vineyards, Inc. | System and method for monitoring and controlling conditions within a vessel |
| GB2577752A (en) * | 2018-10-05 | 2020-04-08 | Enviroflex Ltd | Brewing apparatus |
| RU2724374C1 (ru) * | 2018-12-06 | 2020-06-23 | Валерий Александрович Чернышов | Теплообменный аппарат |
| RU2707446C1 (ru) * | 2018-12-06 | 2019-11-26 | Валерий Александрович Чернышов | Теплообменный аппарат |
| RU2724372C1 (ru) * | 2018-12-06 | 2020-06-23 | Валерий Александрович Чернышов | Теплообменник |
| CN109762719A (zh) * | 2019-03-12 | 2019-05-17 | 宁波乐惠国际工程装备股份有限公司 | 发酵液冷却系统 |
| EP3719433A1 (de) * | 2019-04-02 | 2020-10-07 | Linde GmbH | Regelbarer flüssigkeitsverteiler eines gewickelten wärmeübertragers zur realisierung unterschiedlicher flüssigkeitsbelastungen |
| CN110129172B (zh) * | 2019-06-11 | 2022-04-08 | 江西省农业科学院农产品质量安全与标准研究所 | 蒸馏器及其蒸馏装置 |
| JP2023516931A (ja) | 2020-02-25 | 2023-04-21 | エイベル，トーマス，ユー． | 冷媒気化及び作動ガス凝縮によって媒体の温度を制御するシステム及び方法 |
| CN111218363A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-06-02 | 宜宾味工坊酒业有限公司 | 一种立体式新型酿酒池 |
| CN111363650A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-07-03 | 浙江古越龙山绍兴酒股份有限公司 | 固定化酵母发酵罐 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2034468A (en) * | 1932-12-02 | 1936-03-17 | Us Process Corp | Manufacture of fermented beverages |
| GB1046291A (en) * | 1962-03-21 | 1966-10-19 | Watney Combe Reid & Company Lt | Process and apparatus for the treatment of fermented wort |
| US3681200A (en) * | 1970-11-09 | 1972-08-01 | Standard Oil Co | Shell-and-tube fermentor |
| US3713839A (en) * | 1971-02-22 | 1973-01-30 | J Delente | Fermentation process |
| US3910172A (en) * | 1973-01-18 | 1975-10-07 | Kronenbourg Brasseries | Tanks |
| US4206237A (en) * | 1977-08-15 | 1980-06-03 | Asahi Breweries Ltd. | Method of cooling beer within a fermentation tank |
| US4711163A (en) * | 1986-06-04 | 1987-12-08 | Giuseppe Capuano | Acetic acid fermentation process and apparatus |
| DE20107924U1 (de) * | 2000-07-14 | 2001-12-20 | Hrch. Huppmann GmbH, 97318 Kitzingen | Vorrichtung zur Erhitzung und Kühlung von Würze |
-
2002
- 2002-10-03 ES ES02783826T patent/ES2330204T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2002-10-03 DE DE60233004T patent/DE60233004D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-10-03 US US10/494,133 patent/US20050077029A1/en not_active Abandoned
- 2002-10-03 BR BR0213576-0A patent/BR0213576A/pt not_active IP Right Cessation
- 2002-10-03 EP EP02783826A patent/EP1591516B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-10-03 AU AU2002347649A patent/AU2002347649A1/en not_active Abandoned
- 2002-10-03 WO PCT/MX2002/000096 patent/WO2004031340A1/es not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BR0213576A (pt) | 2004-08-24 |
| DE60233004D1 (de) | 2009-08-27 |
| AU2002347649A1 (en) | 2004-04-23 |
| EP1591516A1 (en) | 2005-11-02 |
| WO2004031340A1 (es) | 2004-04-15 |
| EP1591516B1 (en) | 2009-07-15 |
| US20050077029A1 (en) | 2005-04-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2330204T3 (es) | Intercambiador de calor para tanques de fermentacion. | |
| NL2012157C2 (en) | Arrangement of a photobioreactor or a microbiological reactor. | |
| SK280797B6 (sk) | Zariadenie na výmenu tepla | |
| CN102155854A (zh) | 一种管外垂直降膜换热器 | |
| CN106461340A (zh) | 换热器 | |
| US4073696A (en) | Apparatus for combined cooling and aeration of biochemical-action vessels | |
| CN104315893A (zh) | 一种换热器 | |
| ES2262421B1 (es) | Cambiador de calor para tanque de fermentacion. | |
| CN203021552U (zh) | 内盘管冷却发酵罐 | |
| CN202734422U (zh) | 一种饮品制冷机 | |
| CN203369329U (zh) | 牛奶冷却装置 | |
| CN114854510A (zh) | 一种啤酒加工用发酵液冷却设备及其使用方法 | |
| ES2331082T3 (es) | Aparato para refrigerar un medio gaseoso caliente. | |
| CN209326404U (zh) | 一种新型循环水冷却器 | |
| CN206371405U (zh) | 一种鲜奶冷却装置 | |
| CA1075025A (en) | Cooling tower | |
| CN206828620U (zh) | 一种金属镁还原用风冷型结晶套筒 | |
| US10533149B2 (en) | Temperature control apparatus | |
| CN104457328A (zh) | 一种换热器 | |
| CN216614595U (zh) | 一种酿酒冷却装置 | |
| CN206368151U (zh) | 一种罐体换热装置 | |
| CN205940229U (zh) | 一种空冷器管箱组合 | |
| CN203021551U (zh) | 外半圆管冷却发酵罐 | |
| CN211158660U (zh) | 一种真空升华内管及真空升华炉 | |
| CN112805511B (zh) | 通过制冷剂蒸发控制介质温度的系统和方法 |