JP2005087175A - 麦汁煮沸釜排蒸気の高効率再生圧縮再利用方法および同装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 麦汁煮沸釜排蒸気の高効率再生圧縮再利用方法および同装置の提供。
【解決手段】 ビール製造工程中の回分式麦汁煮沸工程における、排蒸気の高効率再生圧縮再利用方法であって、麦汁煮沸釜に仕込んだ麦汁から発生する排蒸気のうちの一部を温水として回収して貯留し、新たに仕込む原料麦汁の温度を麦汁の沸騰する温度付近まで加熱する熱源として利用し、残余の排蒸気を、所定の高圧蒸気を駆動源として該排蒸気を吸引して加圧するエジェクタによる工程と、所定のエネルギ源で回転駆動して圧縮する圧縮機による工程との二段の圧縮工程により再圧縮して加圧蒸気として回収し、前記麦汁煮沸釜中の麦汁を煮沸する熱源として利用することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ビール製造ラインに使用する蒸気の効率的な利用方法及び装置に関わり、特に、ビール製造ライン中の麦汁煮沸工程において使用する蒸気の効率的利用方法及び装置に関する。

ビールの製造工程を概説すると、先ず、粉砕された麦芽その他の副原料は糖化工程で温水とともに糖化されて麦汁となり、該麦汁は麦汁煮沸工程でホップとともに加熱煮沸することにより、たんぱく質の凝固、ホップ香味の抽出が行われる。該煮沸後麦汁は冷却後、更に発酵工程でアルコール発酵の酵母を添加して、発酵温度に維持されながら発酵される。その後冷却を経て、ろ過工程でろ過されて製品となる。このように、ビール製造工程では加熱冷却が繰り返され、多量の熱及び冷熱のエネルギが費やされるので、該エネルギの効率的利用は、環境負荷の軽減及びエネルギコストの低減のための課題となっている。特に、麦汁煮沸工程で使用する蒸気エネルギは全ビール製造工程中の４０％前後程も占めるので、該工程での蒸気エネルギの効率的利用については、従来より各種の工夫がなされている。

特許文献１には、ビール麦汁煮沸工程における蒸気再利用システムが開示されている。この技術はタービンによる回転駆動力で駆動される圧縮機で、ビール麦汁煮沸工程における煮沸釜から発生する全蒸気を再圧縮して、煮沸釜の加熱に利用するシステムである。なお、タービンの回転駆動力は煮沸釜から蒸気が発生しないときは、クラッチ手段で発電機に切り換えるようになっている。

特許文献２には、廃熱回収ラインの固形異物と硫化水素除去装置が開示されている。この技術はビール麦汁煮沸工程における煮沸釜から発生する蒸気に混入しているホップ屑などの固形異物や硫化水素をスクラバによって除去してから、その後の蒸気を圧縮機に導入し、再圧縮して、煮沸釜の加熱に利用している。

特許文献３には、ビール製造工程における熱利用方法が開示されている。この技術は前記特許文献２におけるスクラバの蒸気と接触させる循環水が排蒸気に直接加熱されて温度が上がるので、該循環水経路に熱交換器を挿入し、温水として熱回収している。

特許文献４には、ビール麦汁煮沸工程には全く無関係だが、類似の熱回収プロセスとして、アルコール蒸留装置が開示されている。この技術は、アルコール蒸留工程における蒸留塔の塔頂から流出するアルコール蒸気経路に、分縮器を兼ねたアルコール蒸気潜熱利用の蒸気発生器を設け、該発生した蒸気を、別の高圧蒸気で駆動されるエジェクタに吸引導入して昇圧し、更に回転式圧縮機で加圧した再圧縮蒸気を、前記蒸留塔のリボイラの加熱に再利用している。

しかしながら、特許文献１では、煮沸釜から発生する全蒸気を再圧縮するので、圧縮機の容量が大きくなる。また、仕込み麦汁の煮沸点までの昇温用に、別途高圧蒸気を減圧した蒸気を消費する必要がある。
そして、特許文献２では、排蒸気の異物を除去する方法として有効であり、多分圧縮機の寿命を延長することができるが、熱回収効率の向上はない。
また、特許文献３では、温水として回収した熱の用途についてはなんら言及されていない。
特許文献４では、アルコールの沸点が７８℃と低いため、それと熱交換して得られる水蒸気の飽和圧力が低いので、例え二段圧縮としても、回転式圧縮機の容量が大きくなりしかも圧縮効率が低いシステムとなる。
等の問題点を有している。

特公昭６４−５３０２３号公報 特許第３１１８２９２号公報 特開平７−４４８２号公報 特開２００３−５５２８２公報

従って、本発明は上記従来の技術の問題点に鑑み、更に進歩した麦汁煮沸釜排蒸気の高効率再生圧縮再利用方法および同装置の提供を目的とする。

本発明は、ビール製造工程中の回分式麦汁煮沸工程における、排蒸気の高効率再生圧縮再利用方法であって、麦汁煮沸釜に仕込んだ麦汁から発生する排蒸気のうちの一部を温水として回収して貯留し、新たに仕込む原料麦汁の温度を麦汁の沸騰する温度付近まで加熱する熱源として利用し、残余の排蒸気を、所定の高圧蒸気を駆動源として該排蒸気を吸引して加圧するエジェクタによる工程と、所定のエネルギ源で回転駆動して圧縮する圧縮機による工程との二段の圧縮工程により再圧縮して加圧蒸気として回収し、前記麦汁煮沸釜中の麦汁を煮沸する熱源として利用することを特徴とする。

更に、本発明の麦汁煮沸釜排蒸気の高効率再生圧縮再利用方法は、前記麦汁から発生する排蒸気のうちの一部を温水として回収する方法は、沸点より低い温度の水を直接該排蒸気に接触させて熱交換を行い、該排蒸気中の固形不純物若しくは水溶性不純物の除去を兼ねることを特徴とする。

更に、本発明の麦汁煮沸釜排蒸気の高効率再生圧縮再利用方法は、前記排蒸気のうち温水として回収して貯留する熱量は、新たに仕込む原料麦汁の温度を麦汁の沸騰する温度付近まで加熱するに必要な熱量とほぼ等しく、前記エジェクタの駆動源として用いられる蒸気量は少なくとも、前記仕込み原料麦汁を沸騰させるに至る温度まで加熱するに必要な熱量であることを特徴とする。

更に、本発明の麦汁煮沸釜排蒸気の高効率再生圧縮再利用方法は、前記ビール製造工程中の回分式麦汁煮沸工程が前記ビール製造工程中の前後の工程に接続され、該回分工程の工程時間を単位とする時間間隔をもって、該回分式工程を繰り返して継続進行しており、現在進行中のバッチで、前記麦汁煮沸釜に仕込んだ麦汁から発生する排蒸気のうちの一部を温水として、回収して、次のバッチのために貯留し、次のバッチの工程で新たに仕込む原料麦汁の温度を麦汁の沸騰する温度付近まで加熱する熱源として利用することを特徴とする。

更に、本発明のもう一つの側面である、ビール製造装置中の回分式麦汁煮沸装置における、高効率再生圧縮再利用装置は、蒸気によって加熱される加熱器を備え、それにより麦汁をホップとともに煮沸する麦汁煮沸釜、前記麦汁煮沸釜に接続した仕込み配管経路途中にもうけられた、仕込み原料麦汁と熱交換可能な熱交換器、麦汁煮沸釜から発生する排蒸気と接触熱交換して温水を製造するとともに不純物の洗浄・ろ過をするスクラバ、所定のエネルギ源で回転駆動して圧縮する圧縮機、及び前記圧縮機のデリベリ側或いはサクション側へ配管経路によって直列接続されて、所定の高圧蒸気を駆動源として該排蒸気を吸引して加圧するエジェクタによって構成され、前記麦汁煮沸釜から発生する排蒸気を再圧縮して加圧蒸気として前記加熱器に導入する二段の圧縮手段、及び前記スクラバで製造された温水を貯留し、前記熱交換器に接続された蓄熱槽を有してなり、前記麦汁煮沸釜に仕込んだ麦汁から発生する排蒸気のうちの一部を前記エジェクタにより温水として回収して前記蓄熱槽に貯留した後前記熱交換器に循環して、新たに仕込む原料麦汁を加熱し、残余の排蒸気を、前記二段の圧縮手段により再圧縮して加圧蒸気として回収し、前記加熱器に導入して前記麦汁煮沸釜中の麦汁を煮沸する熱源として利用することを特徴とする。

以上説明したように、本発明の効果は、以下のようにまとめることができる。
（１）煮沸釜に新たに仕込む麦汁を煮沸温度付近まで加熱するための温度は１００℃を超える必要はないから、煮沸釜から発生する全蒸気のうち、その分を前もって温水として回収する。これにより、圧縮して高温にしなければならない排蒸気量が減少し、圧縮機容量が小さくなり、かつ、煮沸釜から発生する全蒸気のエンタルピ回収効率が高まる。
（２）前記温水として回収するための、煮沸釜から発生する蒸気との熱交換手段はスクラバ方式を採るので、蒸気中の固形不純物などの除去を兼ねることができる。
（３）前記温水は一旦蓄熱槽に貯留するので、時間間隔をあけて仕込まれる次バッチの仕込み原料麦汁を加熱するのに使用できる。
（４）本発明の方法では、回分式連続操業中の麦汁煮沸工程の１バッチの麦汁煮沸に新たに系外から加えなければならない熱量は、結局は、仕込み麦汁を煮沸温度に至らせるまでの顕熱分プラス、系のヒートロス分である。これを工場の高圧蒸気ラインから、麦汁煮沸工程排蒸気を吸引して加圧するエジェクタ駆動源エネルギとして添加しているので、たとえば従来の高圧ラインから減圧弁によって、減圧したのち添加する方法と比較して、損失が少ない。加えて、これにより二段圧縮構成を可能としたので、更に回転圧縮機の容量が小さくてすむ。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

＜装置構成＞
図１は本発明の実施例１のプロセス・フローシートである。図において、１は麦汁煮沸釜、釜内には蒸気で加熱される加熱器２を備えている。前記麦汁煮沸釜１の麦汁煮沸釜排蒸気１１の出口にはスクラバ５が接続されている。スクラバ５の麦汁煮沸釜排蒸気１１出口は、二段構成の圧縮手段に配管接続されている。

該スクラバ５は有底有蓋円筒状の塔で、塔内部には、上部から順に、熱交換兼洗浄水噴射器５１、固形不純物フィルタ５２が設けられ、塔内下部は熱交換兼洗浄水保留のための空間部分を備えている。固形不純物フィルタ５２の材質は特に限ることはないが、銅板、銅箔、銅ワイヤなど銅の材質のものを使うと、麦汁煮沸釜排蒸気１１に不純物として含まれる硫化水素を同時にキャッチできる。該固形不純物フィルタ５２下部付近の塔壁を貫通して、麦汁煮沸釜排蒸気１１入口が、塔底中央付近塔壁を貫通して、熱交換兼洗浄水１４の出口が設けられ、熱交換兼洗浄水噴射器５１は配置位置付近でその入口が塔壁を貫通して設けられている。また、塔頂蓋中央付近の塔壁を貫通してスクラバ処理後の麦汁煮沸釜排蒸気１１出口がそれぞれ設けられている。

スクラバ５の塔底の熱交換兼洗浄水１４の出口から、循環ポンプＰ１、熱交換器６、熱交換兼洗浄水噴射器５１入口と配管接続され、熱交換器６の加熱側経路を形成している。

７は筒状の蓄熱槽で、温水１３出口及び温水１３入口をそれぞれ二箇所ずつ備えている。前記温水の出口の一つから、循環ポンプＰ２、熱交換器６、前記温水の入口の一つへと配管接続され、熱交換器６の吸熱側経路を形成している。前記温水の出口のもう一つからは、循環ポンプＰ３、熱交換器（麦汁予熱器）８、前記温水の入口のもう一つへと配管接続され、熱交換器（麦汁予熱器）８の加熱側経路を形成している。

前記熱交換器（麦汁予熱器）８の吸熱側入口は、前工程からの原料麦汁受け入れ配管に接続され、その出口は麦汁煮沸釜１仕込み口に接続され、交換器（麦汁予熱器）８の吸熱側経路を形成している。

４は高圧蒸気によって駆動されるエジェクタ、３は回転動力によって駆動される圧縮機、２は麦汁圧縮器１の加熱器でありおのおのが直列に連結されて、二段方式の圧縮手段となっている。スクラバ５のスクラバ処理後の麦汁煮沸釜排蒸気１１出口とエジェクタ４の吸引側入口が接続され、エジェクタ４の駆動気体入口と工場の高圧蒸気ラインが接続されている。エジェクタ４の出口が圧縮機３のサクション側に接続され、同デリベリ側は麦汁煮沸釜１の加熱器２にされ、再圧縮蒸気１２の製造及び再利用経路を形成している。

＜運転操作＞
本実施例のプロセスは、ビール製造工程中の回分式麦汁煮沸工程が前記ビール製造工程中の前後の工程に接続され、該回分工程の工程時間を単位とする時間間隔をもって、該回分式工程を繰り返して継続進行させ、現在進行中のバッチで、前記麦汁煮沸釜１に仕込んだ麦汁から発生する排蒸気のうちの一部を温水として回収して、次のバッチのために貯留し、次のバッチの工程で新たに仕込む原料麦汁の温度を麦汁の沸騰する温度付近まで加熱する熱源として利用するようにして操業されている。

従って、ほぼ、７６℃の原料麦汁の次の一バッチ分（約１４０ｍ^３）を前工程より受け入れる際、前記熱交換器（麦汁予熱器）８を通すことにより、約９６℃までに加温して麦汁煮沸釜１中に仕込む。その際の加熱源は前バッチで貯留した、蓄熱槽７中の温水１３を使用し、熱交換器（麦汁予熱器）８の加熱経路に該温水を循環ポンプＰ３の運転により、循環して行う。

仕込み後の釜１の加熱器２には、蒸気を加えて麦汁１０を沸騰させ、仕込み麦汁の約１０％の蒸気（１４ｔ）を煮沸により蒸発させる。発生した麦汁煮沸釜排蒸気１１をスクラバ５に通し、熱交換器６の吸熱側経路でその全蒸発潜熱の約１０％（蒸気換算４ｔ）を奪い、蓄熱槽７に貯留する。蓄熱槽７に貯留した温水の熱量は次のバッチの仕込み麦汁の予熱に使用する。

スクラバ５の塔頂から出る部分熱回収後の蒸気（全蒸発潜熱の約９０％（蒸気換算１０ｔ））はエジェクタの吸引側に導入され、工場の８〜１０ｋｇ／ｃｍ^２の高圧蒸気ラインの蒸気によって駆動され、一段目の再圧縮過程に入り、ついで回転圧縮機３に導入され二段目の再圧縮を完了し、約０．２〜０．４ｋｇ／ｃｍ^２の再圧縮蒸気１２として加熱器２に加えられ、現バッチの麦汁１０を煮沸する。

＜装置構成＞
図２は本発明の実施例２のプロセス・フローシートである。図において、二段圧縮手段のエジェクタ４と圧縮機３の接続方法が実施例１場合と逆となり、一段目に圧縮機３が用いられ、二段目にエジェクタ４が用いられている。その他は実施例１と同様である。

＜運転操作＞
運転操作はほぼ実施例１と同様であるが、圧縮機３のデリベリ側にエジェクタ４を繋ぐことにより、煮沸釜の内圧がエジェクタの影響を受けることがなく、安定する。更に一段目の圧縮機は系内に加えられるエジェクタドライブ用の蒸気を圧縮しなくともよいので、小容量もしくは小動力ですむ。

＜装置構成＞
図３は本発明の実施例３のプロセス・フローシートである。図において、スクラバ５の出口からエジェクタ４の蒸気経路に間接式蒸気発生器９が挿入される。間接式蒸気発生器９の加熱側経路にスクラバ５経由の発生蒸気配管が接続され、吸熱側の入口には麦汁煮沸釜加熱器２の蒸気出口が接続され、吸熱側の加熱された蒸気の出口とエジェクタ吸入口が接続されている。その他は実施例１と同様である。

＜運転操作＞
運転操作はほぼ実施例１と同様であるが、麦汁煮沸釜煮沸蒸気は直接、再圧縮手段の経路に入らず汚染されないので、高圧ガスラインから供給される蒸気の覆水は全量回収可能となる。但し、間接式蒸気発生器９の投資分がコストプッシュ要因となる。

＜装置構成＞
図４は本発明の実施例４のプロセス・フローシートである。図において、圧縮機３からエジェクタ４の蒸気経路に間接式蒸気発生器９が挿入される。間接式蒸気発生器９の加熱側経路に圧縮機デリベリ側からの蒸気配管が接続され、吸熱側の入口には麦汁煮沸釜加熱器２の蒸気出口が接続され、吸熱側の加熱された蒸気の出口とエジェクタ吸入口が接続されている。その他は実施例２と同様である。

＜運転操作＞
運転操作及び釜内圧の安定性、圧縮機の節減に関する効果はほぼ実施例２と同様であるが、麦汁煮沸釜煮沸蒸気は直接、エジェクタ４に吸引されず、汚染されないので、高圧ガスラインから供給される蒸気の覆水は全量回収可能となる。但し、間接式蒸気発生器９の投資分がコストプッシュ要因となる。

本発明の麦汁煮沸釜排蒸気の高効率再生圧縮再利用方法及び装置により、ビール製造におけるエネルギ負荷の大きい工程で、格段の省エネルギ化が実現できる。これにより、製造コストの低減が図ることができ、延いては環境負荷の低減にもつながり、産業への貢献は大きい。

本発明の実施例１のプロセス・フローシートである。 本発明の実施例２のプロセス・フローシートである。 本発明の実施例３のプロセス・フローシートである。 本発明の実施例４のプロセス・フローシートである。

符号の説明

１ 麦汁煮沸釜
２ 加熱器
３ 圧縮機
４ エジェクタ
５ スクラバ
６ 熱交換器
７ 蓄熱槽
８ 熱交換器（麦汁予熱器）
１０ 麦汁
１１ 麦汁煮沸釜排蒸気
１２ 再圧縮蒸気
１３ 温水
１４ 熱交換・洗浄水
５１ 噴射器
５２ フィルタ
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 循環ポンプ

Claims (5)

1. ビール製造工程中の回分式麦汁煮沸工程における、排蒸気の高効率再生圧縮再利用方法であって、麦汁煮沸釜に仕込んだ麦汁から発生する排蒸気のうちの一部を温水として回収して貯留し、新たに仕込む原料麦汁の温度を麦汁の沸騰する温度付近まで加熱する熱源として利用し、残余の排蒸気を、所定の高圧蒸気を駆動源として該排蒸気を吸引して加圧するエジェクタによる工程と、所定のエネルギ源で回転駆動して圧縮する圧縮機による工程との二段の圧縮工程により再圧縮して加圧蒸気として回収し、前記麦汁煮沸釜中の麦汁を煮沸する熱源として利用することを特徴とする麦汁煮沸釜排蒸気の高効率再生圧縮再利用方法。
2. 前記麦汁から発生する排蒸気のうちの一部を温水として回収する方法は、沸点より低い温度の水を直接該排蒸気に接触させて熱交換を行い、該排蒸気中の固形不純物若しくは水溶性不純物の除去を兼ねることを特徴とする請求項１記載の麦汁煮沸釜排蒸気の高効率再生圧縮再利用方法。
3. 前記排蒸気のうち温水として回収して貯留する熱量は、新たに仕込む原料麦汁の温度を麦汁の沸騰する温度付近まで加熱するに必要な熱量とほぼ等しく、前記エジェクタの駆動源として用いられる蒸気量は少なくとも、前記仕込み原料麦汁を沸騰させるに至る温度まで加熱するに必要な熱量であることを特徴とする請求項１記載の麦汁煮沸釜排蒸気の高効率再生圧縮再利用方法。
4. 前記ビール製造工程中の回分式麦汁煮沸工程が前記ビール製造工程中の前後の工程に接続され、該回分工程の工程時間を単位とする時間間隔をもって、該回分式工程を繰り返して継続進行しており、現在進行中のバッチで、前記麦汁煮沸釜に仕込んだ麦汁から発生する排蒸気のうちの一部を温水として、回収して、次のバッチのために貯留し、次のバッチの工程で新たに仕込む原料麦汁の温度を麦汁の沸騰する温度付近まで加熱する熱源として利用することを特徴とする請求項１記載の麦汁煮沸釜排蒸気の高効率再生圧縮再利用方法。
5. ビール製造装置中の回分式麦汁煮沸装置における、高効率再生圧縮再利用装置であって、
   蒸気によって加熱される加熱器を備え、それにより麦汁をホップとともに煮沸する麦汁煮沸釜、前記麦汁煮沸釜に接続した仕込み配管経路途中にもうけられた、仕込み原料麦汁と熱交換可能な熱交換器、麦汁煮沸釜から発生する排蒸気と接触熱交換して温水を製造するとともに不純物の洗浄・ろ過をするスクラバ、所定のエネルギ源で回転駆動して圧縮する圧縮機、及び前記圧縮機のデリベリ側或いはサクション側へ配管経路によって直列接続されて、所定の高圧蒸気を駆動源として該排蒸気を吸引して加圧するエジェクタによって構成され、前記麦汁煮沸釜から発生する排蒸気を再圧縮して加圧蒸気として前記加熱器に導入する二段の圧縮手段、及び前記スクラバで製造された温水を貯留し、前記熱交換器に接続された蓄熱槽を有してなり、前記麦汁煮沸釜に仕込んだ麦汁から発生する排蒸気のうちの一部を前記エジェクタにより温水として回収して前記蓄熱槽に貯留した後前記熱交換器に循環して、新たに仕込む原料麦汁を加熱し、残余の排蒸気を、前記二段の圧縮手段により再圧縮して加圧蒸気として回収し、前記加熱器に導入して前記麦汁煮沸釜中の麦汁を煮沸する熱源として利用することを特徴とする麦汁煮沸釜排蒸気の高効率再生圧縮再利用装置。

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