JP2022551244A - 液体製品をホット充填するための方法およびデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、液体製品を、第１の熱交換器（４、３６）および第２の熱交換器（３、３５）を備えるフラッシュ殺菌装置（２、３４）と、充填ステーション（５）と、充填された容器を冷却材によって冷却するための冷却トンネル（６、２７）と、ヒートポンプ（１、３３）と、を用いてホット充填するための方法およびデバイスに関する。充填プロセスの前に、製品は、フラッシュ殺菌装置内で目標温度まで加熱される。冷却材は、冷却トンネルから第２の熱交換器へ導通され、冷却材の熱エネルギーを、熱交換器によって製品に伝達することができる。製品は、次いで、第１の熱交換器から第２の熱交換器に導通され、さらなる熱エネルギーを、製品を目標温度まで加熱するために熱伝達媒体を使用してヒートポンプによって第２の熱交換器に伝達することができる。熱伝達媒体は、ヒートポンプと第２の熱交換器との間に配置された加熱器（７）によって追加的に加熱される。【選択図】 図２

Description

本発明は、請求項１の前文に記載の液体製品をホット充填するための方法、および請求項５の前文に記載の液体製品をホット充填するためのデバイスに関する。

欧州特許第２５３２２４７号明細書は、第１の熱交換器と、容器に液体を充填するための充填ステーションと、充填された容器を冷却液によって冷却するための複数の冷却セルからなる冷却トンネルとを備えるフラッシュ殺菌装置を有する、液体、特に汁をホット充填するための方法およびデバイスを開示している。液体は、それら液体を充填ステーション内で容器に充填する前に、冷却プロセス中に加熱された冷却トンネルの冷却液体の熱エネルギーを別個のヒートポンプを用いてフラッシュ殺菌装置に供給することによって、フラッシュ殺菌装置で加熱される。

欧州特許第３０５７４４２号明細書は、食品を充填温度まで加熱するための加熱器と、食品を予熱するための、加熱器の上流の予熱器と、食品を容器に充填するための充填器と、ホット充填された容器を冷却材で冷却するための冷却トンネルであって、当該冷却材が、予熱器および冷却トンネルを経由して冷却材回路内で導通される、冷却トンネルと、を有するホット充填プラントであって、予熱器が、容器の冷却中に加熱された冷却トンネルの冷却材の熱エネルギーを、食品に供給し、別個のヒートポンプが、一次側の予熱器から流出する冷却材の残留熱エネルギーを使用して、二次側の熱伝達媒体回路内をヒートポンプによって導通される熱伝達媒体によって、予熱された食品の温度をさらに上昇させる、ホット充填プラントで食品を予熱するための方法を開示している。熱伝達媒体回路は、第１の予熱器の下流かつ加熱器の上流の、食品用の第２の予熱器を経由して案内される。第２の予熱器では、充填温度未満の温度への食品のさらなる予熱が、熱伝達媒体によって、二次側のヒートポンプによって提供される熱エネルギーで遂行される。図１では、この従来技術の開示を反映した、液体製品をホット充填するためのデバイスの概略図が表されている。

本発明の目的は、効果的なヒートポンプおよび経済的な加熱によって液体製品を殺菌法の温度まで加熱できるということを可能にする、液体製品をホット充填するための方法およびデバイスを提供することである。

本発明によれば、この目的は、請求項１に記載の方法、および請求項５に記載のデバイスによって達成される。本発明の好適なさらなる発展は、従属請求項に記載されている。

本発明は、液体製品、例えば汁を、第１の熱交換器および第２の熱交換器を備えるフラッシュ殺菌装置と、製品を容器、例えばボトルに充填するための充填ステーションと、充填された容器を冷却材、例えば水によって冷却するために複数の冷却セルを備える冷却トンネルと、ヒートポンプと、を用いてホット充填するための方法に関する。製品が容器に充填される前に、その製品は、フラッシュ殺菌装置内で目標温度、例えば充填温度まで加熱される。冷却材の少なくとも一部は、冷却トンネルから第１の熱交換器へおよび第１の熱交換器の中を導通され、冷却材の熱エネルギーの少なくとも一部を、第１の熱交換器を用いて最初に製品に伝達することができる。製品は、次いで、第１の熱交換器から第２の熱交換器に導通され、そこでは、熱エネルギーの少なくともさらなる一部は、製品を目標温度までさらに加熱するためにヒートポンプを用いて熱伝達媒体によって第２の熱交換器に伝達可能である。第２の熱交換器およびヒートポンプを通って循環する熱伝達媒体は、循環の方向でヒートポンプと第２の熱交換器との間に配置された加熱器によって追加的に加熱される。

本発明による方法では、製品、例えば飲料である汁は、充填される前に既にフラッシュ殺菌装置で加熱されている。この目的のために、冷却プロセス中に冷却トンネルの冷却セル内で加熱される冷却材からの熱エネルギーは、ヒートポンプを用いてフラッシュ殺菌装置に供給される。二次回路においてより高い温度レベルに達することができるように、追加の加熱器が、ヒートポンプと第２の熱交換器との間に設けられている。温度レベルのこの上昇のために、熱量が、加熱器によって供給され得、それは、例えば蒸気または加圧熱水を介して提供される。加熱器は、二次回路に設けられているため、蒸気加熱デバイス、蒸気または加圧熱水のフィードラインおよび排出ラインは、加熱器が一次回路に設けられている場合よりも、低いコストで製造することができる。一方、もし加熱器が、製品との直接接触によって一次回路に設けられていたら、明らかにより高い要求が、加熱器に対して、および対応するパイプラインに対してなされたであろう。さらに、加熱媒体蒸気は、この熱交換器に直接当てることができないので、媒体接触熱交換器と加熱媒体蒸気との間にさらなる熱交換器回路を挿入する必要があったであろう。

ヒートポンプによって供給される熱エネルギーは、製品を加熱するために、第２の熱交換器を用いて当該製品に伝達することができる。これにより、例えば水などの熱伝達媒体によってヒートポンプによって供給された熱エネルギーを、第２の熱交換器で加熱される製品に伝達することができる。熱交換の後、第１の熱交換に起因してそこではより冷たい、熱伝達媒体は、再びヒートポンプに戻され得る。

充填プロセスの前に製品を加熱するために、第１の熱交換器は、冷却トンネルからの冷却材が第１の熱交換器に到達し、次いでヒートポンプに到達するように、ヒートポンプと直列に設けられていることができる。それは、充填プロセスの前の製品の加熱に関して、第１の熱交換器が、ヒートポンプと直列に、すなわち一続きに設けられていることができることを意味する。それは、製品の加熱の点で第１の熱交換器をヒートポンプと直列に接続することが、ヒートポンプ内の温度レベルを上昇させてそのようにしてヒートポンプの成績係数を改善することを可能にできるということを意味する。例えば、特に製品に直接伝達することができる冷却トンネルからの熱エネルギーのための、第１の熱交換器を用いた熱伝達と、続いて、ヒートポンプを用いた製品の予熱のために提供される目標温度までのエネルギーレベルの上昇と、の２つのステップが、充填される製品を加熱するために実行される。

代替として、充填プロセスの前に製品を加熱するために、第１の熱交換器は、冷却材の少なくとも一部が冷却トンネルから第１の熱交換器に到達し、かつ冷却材の少なくともさらなる一部が冷却トンネルからヒートポンプに到達するように、ヒートポンプと並列に設けられていることができる。それは、充填プロセスの前の製品の加熱に関して、第１の熱交換器が、ヒートポンプと並列に設けられていることができることを意味する。製品の加熱に関してヒートポンプと第１の熱交換器とを並列に接続することに対応して、例えば、第１の熱交換器を通した直接の熱伝達のための冷却セルの第１のカスケードを使用することができる。冷却材は、例えば、第１の熱交換器での熱交換の後に冷却セルに戻される。冷却セルの第２の、並列のカスケードは、例えば追加的に単純なポンプを用いて、例えばヒートポンプと接続されており、それによって第２のカスケードの熱エネルギーのエネルギーレベルを、上昇させることができるので、このエネルギーレベルを、充填される製品を加熱するために目標温度まで上昇させることができる。

目標温度は、例えば製品に依存し得る、充填温度であり得る。

ここでは、第１の熱交換器に到達する、冷却材の一部は、ヒートポンプに到達し得る、冷却材の一部よりも温かくあり得る。例えば、例えばシーケンシャルに配置された第１の冷却セルの群における温度は、同じくシーケンシャルに配置された第２の冷却セルの群における温度よりも高い。第１のカスケードに対応する第１の熱交換器と第２のカスケードに対応するヒートポンプとを並列に接続することにより、さらにより高いエネルギーレベルを、したがってヒートポンプのより高い成績係数を達成することができる。上記および下記の本発明によるデバイスの制御は、例えば、適切な制御ユニット、例えばコンピュータで遂行することができる。

液体製品、特に汁をホット充填するための方法を実行するためのデバイスは、第１の熱交換器および第２の熱交換器を備えるフラッシュ殺菌装置であって、当該フラッシュ殺菌装置内で、製品が、第１の熱交換器および第２の熱交換器を通って流れる、フラッシュ殺菌装置と、製品を容器、例えばボトルに充填するための充填ステーションと、複数の冷却セルを備える冷却トンネルと、ヒートポンプとを備える。さらに、デバイスは、第２の熱交換器およびヒートポンプを通って循環する熱伝達媒体を加熱するように設計された加熱器を備え、当該加熱器は、循環の方向でヒートポンプと第２の熱交換器との間に配置されている。

液体製品をホット充填するための方法は、上記または下記の方法のうちの１つであるように意図されている。

フラッシュ殺菌装置、充填ステーション、ヒートポンプ、および冷却トンネルは、それぞれ別個に設計することができる。これらの要素の各々は、デバイスの他の要素とは別個に、それぞれ設計することができる。要素の接続は、適切な運搬および／または輸送要素、例えば製品または熱伝達のための補助の液体として機能することができる他の液体を輸送するためのパイプ、ならびにコンベヤベルトまたは容器のための輸送手段によって提供することができる。

第１の熱交換器は、プレート式熱交換器または管式熱交換器を備えることができる。それは、ヒートポンプによって供給された熱エネルギーを、加熱される製品に伝達するために、一般的な熱交換器のタイプを使用できることを意味する。

ヒートポンプは、圧縮式ヒートポンプ、例えば電気駆動圧縮式ヒートポンプ、アンモニアヒートポンプ、または遷移臨界ＣＯ_２プロセスを伴うヒートポンプを備えることができる。それは、一般的なタイプのヒートポンプを使用でき、特にアンモニアまたはＣＯ_２が冷却材として使用されるヒートポンプも使用できることを意味する。後者は、特にエネルギー効率的なヒートポンプの使用を可能にし、窒素またはハロゲンアルカンなどの冷却材が、同時に省略され得、ここで後者は、充填プラントにおいて望ましくない場合があり、ハロゲンアルカンは、さらに気候に対して有害なガスとしてのその性質に起因して望ましくない場合がある。

ヒートポンプは、冷却トンネルの冷却セルのうちの１つと第１の熱交換器との間に設けられていることができる。それは、マルチセル冷却トンネルと熱交換器との間にヒートポンプを設けることができることを意味する。ここでは、例えば、加熱された冷却材を単純なポンプを用いて冷却トンネルからヒートポンプにポンピングすることができる。熱交換の後、そのときのより冷たい冷却材は、例えば再び追加のポンプで、再び冷却トンネルに戻される。

冷却セルは、冷却材が１つの冷却セルから１つ以上の隣接する冷却セルに、例えばより冷たい冷却セルからより温かい冷却セルに流れることができるように、相互接続されていることができる。充填プロセスの後、充填されて閉鎖された容器は、いくつかの類似のまたは等しい冷却セルを伴う、冷却トンネルを通過する。冷却セルは、典型的には、冷却セルの各々において支配的な温度が、異なる。

冷却セルの各々は、容器に冷却材を散布するための灌注デバイスを備えることができる。それは、例えば、冷却される容器に水が灌注／散布されることを意味する。これにより、冷却材／水と容器に充填された製品との間の熱交換を行うことができる。

冷却液は、例えば冷却セルごとに別個に、回収することができる。一般に、複数の冷却セルのうちの最初のものから最後のものまで温度勾配が生じ得、例えば最初の冷却セルが最も温かいものでありかつ最後の冷却セルが最も冷たい冷却セルである。冷却セルの冷却材のための貯蔵鉢は、例えば、冷却材が１つの冷却セルから隣接する冷却セルに流れてそこでまた任意的に灌注のために再び使用することができるように、相互接続されていることができる。

ヒートポンプは、加熱された冷却材の温度が最も高い冷却セルと、第１の熱交換器との間に設けられていることができる。例えば、これは、冷却トンネルの第１の冷却セルである。

ヒートポンプと複数の冷却セルのうちの最も冷たい冷却セルとの間に、第３の熱交換器を設けることができる。第３の熱交換器は、例えば、一次側の冷却塔にパイプラインを介して接続されていることができ、熱量Ｑ_ａｂを放散することによって冷却トンネルで必要とされる冷却材温度まで冷却材を冷却するように設計されていることができる。冷却塔の代わりに、例えばクライアント側の冷蔵プラントまたは冷水タンクなどの、他の寒冷の源を設けることができる。第３の熱交換器から、冷却材は、導管を介して再び冷却トンネルにまたは冷却セルに戻すことができる。

含まれる図は例として、より良い理解のためおよび本発明を例示するための、本発明の態様を表す。

従来技術による、液体製品をホット充填するためのデバイスを示す図である。 ヒートポンプおよびフラッシュ殺菌装置を用いて液体製品をホット充填するためのデバイスの第１の実施形態を示す図であり、ヒートポンプ、およびフラッシュ殺菌装置の第２の熱交換器は、直列に設けられている。 ヒートポンプおよびフラッシュ殺菌装置を用いて液体製品をホット充填するためのデバイスの第２の実施形態を示す図であり、ヒートポンプ、およびフラッシュ殺菌装置の第２の熱交換器は、並列に設けられている。

図１は、従来技術による、液体製品をホット充填するためのデバイスを示す。デバイスは、ヒートポンプ１と、第１の熱交換器４および第２の熱交換器３を予熱器として備える、フラッシュ殺菌装置の予熱ステージ２と、充填ステーション５と、冷却トンネル６と、加熱器７とを備える。ヒートポンプ１および第１の熱交換器４は、直列に設けられている。

製品フィードライン８を介して、液体製品は、第１の熱交換器４に導通される。製品は、第１の熱交換器４を通って流れ、そこでは、冷却トンネル６からの加熱された冷却材、例えば水が、第１の熱交換器４内の製品を目標温度、例えば充填温度よりも依然として低い温度まで対向流で加熱するために使用される。このようにして、予熱を行うことができる。加熱された冷却材は、この目的のために、導管７およびポンプ１０を介して冷却トンネル６から外へ、第１の熱交換器４へおよび第１の熱交換器４を通してポンピングされる。そこでは、加熱された冷却材は、例えば第１のステップで製品を加熱するために、すなわち直接伝達され得るエネルギーのために使用される。それは、既に第１の熱交換器４を用いて、フィードライン８を介して供給された製品が加熱されていることを意味する。

第１の熱交換器４での加熱において、加熱された製品は、第２の熱交換器３に送られる。第１の熱交換器４における使用に起因して温度レベルがわずかに冷却低下した冷却材は、第１の熱交換器４からフィードライン１１を用いてヒートポンプ１に導通され、そこで第２のヒートポンプ要素１３に導通される。

ヒートポンプ１は、熱放出のための第１のヒートポンプ要素１２と、熱吸収のための第２のヒートポンプ要素１３と、圧縮機１４およびスロットル１５とを備える。参照番号１６および１７は、ヒートポンプ１内の流れの方向を示す。冷却材が第２のヒートポンプ要素１３に入るときの、当該冷却材の温度Ｔ_Ｃ２は、約３０～３２℃とすることができる。それが第２のヒートポンプ要素１３から出るとき、冷却材の温度Ｔ_Ｃ１は、約１６℃とすることができる。

ヒートポンプ１内において、温度Ｔ_１は約２８℃、温度Ｔ_２は約９６℃、温度Ｔ_３は約２８℃、温度Ｔ_４は約２７℃とすることができる。

第２のヒートポンプ要素１３を通った後の、既に冷却された冷却材は、導管２０を介して第３の熱交換器６１に導通される。第３の熱交換器６１は、例えば一次側の冷却トンネル６２にパイプライン６３を介して接続されており、熱量Ｑ_ａｂを放散することによって、冷却トンネル６２で必要とされる冷却材温度まで冷却材を冷却する。第３の熱交換器６１から、冷却材は、導管６４を介して再び冷却トンネル６に戻される。冷却トンネル６は、６つの冷却セル６．１、６．２、６．３、６．４、６．５、６．６からなる。ここでは、例として図２に示すように、冷却材は、冷却トンネル６の例示的な６つのセル６．１～６．６のうちの最も冷たいものに、すなわちセル６．６に導通される。充填された容器２１は、適切な輸送媒体（本明細書には図示せず）の助けにより、例えばじかに隣接する冷却セル６．１～６．６を通過する。

冷却セル６．１～６．６は、概略的に表されている灌注デバイス２０．１、２０．２、２０．３、２０．４、２０．５、２０．６をさらに備える。これら灌注デバイス２０．１、２０．２、２０．３、２０．４、２０．５、２０．６は、冷却材で冷却される閉鎖された容器２１に灌注してそのようにしてそれら閉鎖された容器２１を冷却するために、使用される。冷却材は、冷却材フィードライン２１．１、２１．２、２１．３、２１．４、２１．５、２１．６を通して灌注デバイス２０．１～２０．６に送られる。プロセスでは、使用される冷却材は、冷却材鉢２２．１、２２．２、２２．３、２２．４、２２．５、２２．６によって回収することができ、冷却材鉢２２．２～２２．６から、冷却材の少なくとも一部は、ポンプ２３．１、２３．２、２３．３、２３．４、２３．５、２３．６を用いて、灌注に再びそれぞれ使用することができる。冷却材鉢２２．１～２２．６は、それぞれ隣接して配置されているので、少なくとも２つの隣接する冷却セル６．１～６．６は、適切な導管２４．１、２４．２、２４．３、２４．４、２４．５によって接続され得る。

第１の熱交換器４での加熱の後、加熱された製品は、導管９を介して第２の熱交換器３に送られ、かつ、そこでさらに加熱され得る。２つの熱交換器３、４は、例えば直列にフラッシュ殺菌装置２内に設けられている。２つの熱交換器３、４は、導管９を介して直列に接続されている。

第２の熱交換器３での製品のさらなる加熱は、第２の熱交換器３および第１のヒートポンプ要素１２を通って循環する熱伝達媒体、例えば水の熱放出によって遂行される。第１のヒートポンプ要素１２から、熱伝達媒体は、導管１８を介して温度Ｔ_Ｓ１で第２の熱交換器３に戻される。

第２の熱交換器３から出た後、３５℃～４０℃の温度Ｔ_Ｓ３まで冷却された熱伝達媒体は、再び第１のヒートポンプ要素１２に戻される。

第２の熱交換器３を通過した後、製品は、フィードライン５８を介して第４の熱交換器５６に導通され、かつ、そこで目標温度、例えば充填温度まで加熱されて次いで適切な導管システム２５を介して充填ステーション５に導通することができる。充填プロセス、および、加熱された製品が充填された、容器２１の閉鎖の後、冷却トンネル６への容器２１の輸送は、適切な輸送セクション２６を介して遂行することができる。冷却塔６からの加熱された冷却材の使用も、直列に提供される。それは、第１の熱交換器４が、加熱に関してヒートポンプ１に対して直列に設けられていることを意味する。第４の熱交換器５６での目標温度への製品の加熱は、第５の熱交換器５７の中を導通されてその中で熱を吸収する熱伝達媒体、例えば水の熱放出によって遂行される。この加熱のために、熱量Ｑ_ｚｕが、導管６０を用いて熱交換器５７を通して供給され、当該熱量Ｑ_ｚｕは、例えば蒸気または加圧熱水を介して提供される。

フラッシュ殺菌装置の主加熱ステージは、参照番号５５で示されている。

図２は、ヒートポンプ１と、第１の熱交換器４および第２の熱交換器３を備えるフラッシュ殺菌装置２と、充填ステーション５と、冷却トンネル６と、加熱器７とを用いて液体製品をホット充填するためのデバイスの第１の実施形態を示す。ヒートポンプ１および第１の熱交換器４は、直列に設けられている。

図１の従来技術と比較して、第１の実施形態では第１の熱交換器４は依然として予熱器として動作するが、一方、第２の熱交換器３はフラッシュ殺菌装置２の主加熱ステージの機能を取って代わる。

製品フィードライン８を介して、液体製品、すなわち充填プロセス後に再び加熱および冷却される液体、例えば汁飲料は、第１の熱交換器４に導通される。製品は、第１の熱交換器４を通って流れ、そこでは、冷却トンネル６からの加熱された冷却材、例えば水が、第１の熱交換器４内の製品を目標温度、例えば充填温度よりも依然として低い温度まで対向流で加熱するために使用される。このようにして、予熱を行うことができる。加熱された冷却材は、この目的のために、導管７およびポンプ１０を介して冷却トンネル６から外へ、第１の熱交換器４へおよび第１の熱交換器４を通してポンピングされる。そこでは、加熱された冷却材は、例えば第１のステップで製品を加熱するために、すなわち直接伝達され得るエネルギーのために使用される。それは、既に第１の熱交換器４を用いて、フィードライン８を介して供給された製品が加熱されていることを意味する。

第１の熱交換器４での加熱において、加熱された製品は、第２の熱交換器３に送られる。第１の熱交換器４における冷却材の使用に起因して温度レベルがわずかに冷却低下した、当該冷却材は、第１の熱交換器４からフィードライン１１を用いてヒートポンプ１に導通され、そこで第２のヒートポンプ要素１３に導通される。

ヒートポンプ１は、熱放出のための第１のヒートポンプ要素１２と、熱吸収のための第２のヒートポンプ要素１３と、圧縮機１４およびスロットル１５とを備える。参照番号１６および１７は、ヒートポンプ１内の流れの方向を示す。冷却材が第２のヒートポンプ要素１３に入るときの、当該冷却材の温度Ｔ_Ｃ２は、約３０～３２℃とすることができ、他の温度も可能である。冷却材が第２のヒートポンプ要素１３から出るとき、当該冷却材の温度Ｔ_Ｃ１は、約１６℃とすることができるが、しかしながら、機械設計、機械の長さ、絶縁などに応じて他の温度も可能である。

ヒートポンプ１内において、温度Ｔ_１は約２８℃、温度Ｔ_２は約９６℃、温度Ｔ_３は約２８℃、温度Ｔ_４は約２７℃とすることができる。ここでは、これらの温度指示は、単に例として理解されるべきであり、ヒートポンプ１の設計、その成績係数、供給される電気エネルギー、および機械の設計に対応する他のパラメータに応じて他の温度指示も可能である。

第２のヒートポンプ要素１３を通った後の、既に冷却された冷却材は、導管２０を介して第３の熱交換器６１に導通される。第３の熱交換器６１は、例えば一次側の冷却塔６２にパイプライン６３を介して接続されており、熱量Ｑ_ａｂを放散することによって、冷却トンネルで必要とされる冷却材温度まで冷却材を冷却する。しかしながら、冷却塔６２の代わりに、例えばクライアント側の冷蔵プラントまたは冷水タンクなどの、他の寒冷の源も可能である。第３の熱交換器６１から、冷却材は、導管６４を介して再び冷却トンネル６に戻される。冷却トンネル６は、６つの冷却セル６．１、６．２、６．３、６．４、６．５、６．６からなる。ここでは、例として図２に示すように、冷却材は、冷却トンネル６の例示的な６つのセル６．１～６．６のうちの最も冷たいものに、すなわちセル６．６に導通される。充填された容器２１は、適切な輸送媒体（本明細書には図示せず）の助けにより、例えばじかに隣接する冷却セル６．１～６．６を通過する。ここでは、充填された容器２１、例えばボトルは、１つから他の冷却セル６．１～６．６に直接導通され得る。

冷却セル６．１～６．６は、概略的に表されている灌注デバイス２０．１、２０．２、２０．３、２０．４、２０．５、２０．６をさらに備える。これら灌注デバイス２０．１、２０．２、２０．３、２０．４、２０．５、２０．６は、冷却材で冷却される閉鎖された容器２１に灌注してそのようにしてそれら閉鎖された容器２１を冷却するために、使用される。冷却材は、冷却材フィードライン２１．１、２１．２、２１．３、２１．４、２１．５、２１．６を通して灌注デバイス２０．１～２０．６に送られる。プロセスでは、使用される冷却材は、冷却材鉢２２．１、２２．２、２２．３、２２．４、２２．５、２２．６によって回収することができ、冷却材鉢２２．２～２２．６から、冷却材の少なくとも一部は、ポンプ２３．１、２３．２、２３．３、２３．４、２３．５、２３．６を用いて、灌注に再びそれぞれ使用することができる。さらに、真新しい、例えばより冷たい、冷却材、例えば水を供給することができる（本明細書では図示せず）。冷却材鉢２２．１～２２．６は、それぞれ隣接して配置されているので、少なくとも２つの隣接する冷却セル６．１～６．６は、適切な導管２４．１、２４．２、２４．３、２４．４、２４．５によって接続され得る。

第１の熱交換器４での加熱プロセスの後、加熱された製品は、導管９を介して第２の熱交換器３に送られ、かつ、そこで目標温度、例えば充填温度までさらに加熱され得る。目標温度は、製品について与えられた目標温度に応じて、８０～９０℃とすることができる。２つの熱交換器３、４は、例えば直列にフラッシュ殺菌装置２内に設けられている。２つの熱交換器３、４は、導管９を介して直列に接続されている。

第２の熱交換器３での目標温度への製品の加熱は、第２の熱交換器３および第１のヒートポンプ要素１２を通って循環する熱伝達媒体、例えば水の熱放出によって遂行される。第１のヒートポンプ要素１２から、５０℃～６０℃の温度Ｔ_Ｓ１の熱伝達媒体は、フィードライン１８を介して、加熱器７へおよび加熱器７の中を導通され、ここで、熱伝達媒体は、当該加熱器７で８０℃～９０℃のより高い温度Ｔ_Ｓ２まで加熱される。この加熱のために、熱量Ｑ_ｚｕが、導管６０を用いて加熱器７を通して供給され、当該熱量Ｑ_ｚｕは、例えば蒸気または加圧熱水を介して提供される。

第２の熱交換器３から出た後、３５℃～４０℃の温度Ｔ_Ｓ３まで冷却された熱伝達媒体は、再び第１のヒートポンプ要素１２に戻される。

冷却トンネル６、フラッシュ殺菌装置２、および充填ステーション５とは別個のヒートポンプ１の使用は加熱器７と一緒に、熱エネルギーの回収をより高い度合いで利用することを可能にし、ヒートポンプ１の使用は同時に、冷却かまたはそうでなければ加熱を非常に低いコストで可能にする。

第２の熱交換器３を通った後、製品は、適切なコンダクションシステム２５を介して充填ステーション５に導通される。充填ステーション５は、従来技術で知られているように、容器２１、例えばボトルに製品をホット充填するための適切なデバイスを備えることができる。充填ステーション５内において、容器２１は、典型的には閉鎖されている。充填プロセス、および、加熱された製品が充填された、容器２１の閉鎖の後、冷却トンネル６への容器２１の輸送は、適切な輸送セクション２６を介して遂行することができる。冷却塔６からの加熱された冷却材の使用も、直列に提供される。それは、第１の熱交換器４が、加熱に関してヒートポンプ１に対して直列に設けられていることを意味する。

図３は、ヒートポンプ３３と、第１の熱交換器３６および第２の熱交換器３５を備えるフラッシュ殺菌装置３４と、充填ステーション５と、冷却トンネル２７と、加熱器７とを用いて液体製品をホット充填するためのデバイスの第２の実施形態を示す。第１の熱交換器３６は、製品の加熱の点で、ヒートポンプ３３と並列に設けられている。図２に示す冷却トンネル６に類似する冷却トンネル２７が、示されているが、しかし当該冷却トンネル２７は、冷却トンネルの冷却セルの群が、その冷却トンネルから取り出された冷却材を、第１の熱交換器３６に、またはヒートポンプ３３の第２のヒートポンプ要素４０に通すことができるという点で異なる。

図１の従来技術と比較して、第２の実施形態では第１の熱交換器３６は依然として予熱器として動作するが、一方、第２の熱交換器３５はフラッシュ殺菌装置２の主加熱ステージの機能を取って代わる。

冷却トンネル２７は、例として示されている６つの冷却セル２７．１～２７．６を備える。これら冷却セルは、単に概略的に２つのアームで示されている灌注デバイス２８．１、２８．２、２８．３、２８．４、２８．５、２８．６を備える。灌注デバイス２８．１～２８．６は、フィードライン２９．１、２９．２、２９．３、２９．４、２９．５、２９．６を介して、灌注に使用される冷却材、例えば水を得る。灌注の後に容器２１から滴り落ちるかまたは漏れ出る冷却材は、冷却セル２７．１～２７．６それぞれの、冷却材鉢３０．１、３０．２、３０．３、３０．４、３０．５、３０．６それぞれの中に、回収される。回収された冷却材は、ポンプ３１．１、３１．２、３１．３、３１．４、３１．５、３１．６を介して少なくとも部分的に灌注に再使用することができる。ここでは、本明細書に示されていない他のフィード源からのより冷たい冷却材も使用することができる。さらに、ヒートポンプ３３から流れて戻る、より冷たい冷却材を冷却セル２７．４、２７．５、２７．６に供給することができる。

冷却材鉢３０．１～３０．６は、それぞれ隣接して配置されているので、最初の３つの冷却セル２７．１、２７．２、２７．３は適切な導管３２．１、３２．２によって接続され得てかつ最後の３つの冷却セル２７．４、２７．５、２７．６は適切な導管３２．３．３２．４によって接続され得る。製品フィードライン８を介して、製品、すなわち充填プロセス後に再び加熱および冷却される液体、例えば汁飲料は、第２の熱交換器３６に導通される。第１の熱交換器３６は、導管３７を介して第２の熱交換器３５に接続されており、熱交換器３５、３６は、例えば直列にフラッシュ殺菌装置３４内に設けられている。第１の熱交換器３６では、導管８を通して供給された製品は、目標温度、例えば充填温度よりも低い温度まで加熱される。次いで、加熱された製品は、それを目標温度までさらに加熱するために第２の熱交換器３５に供給される。

目標温度までの加熱の後、製品は、導管３８を介して充填ステーション５に供給される。充填ステーション５は、図１に関連して既に上述した充填ステーションに対応する。ここでも、参照番号２６は、充填されて閉鎖された容器２１を冷却トンネル２７に送ることができることを、単に概略的に示す。ここでは、充填ステーション５および冷却トンネル２７は、互いに空間的に分離して設けることができる。同じことが、２つの熱交換器３５、３６を伴うフラッシュ殺菌装置３４に当てはまる。

図３は、熱放出のための第１のヒートポンプ要素３９と、熱吸収のための第２のヒートポンプ要素４０とが設けられたヒートポンプ３３をさらに示す。第２のヒートポンプ要素４０と第１のヒートポンプ要素３９との間には、圧縮機４１と、反対側にスロットル４２とが設けられている。参照番号４３および４４は、ヒートポンプ３３の内部回路内の流れの方向を示す。

第２の熱交換器３５での目標温度への製品の加熱は、第２の熱交換器３５および第１のヒートポンプ要素３９を通って循環する熱伝達媒体、例えば水の熱放出によって遂行される。第１のヒートポンプ要素３９から、熱伝達媒体は、フィードライン４５を介して、加熱器７へおよび加熱器７の中を導通され、ここで、熱伝達媒体は、当該加熱器７で、より高い温度まで加熱される。この加熱のために、熱量Ｑ_ｚｕが、導管６０を用いて加熱器７を通して供給され、当該熱量Ｑ_ｚｕは、例えば蒸気または加圧熱水を介して提供される。

第２の熱交換器３５から出た後、冷却された熱伝達媒体は、ポンプ５４およびフィードライン５３を介して再び第１のヒートポンプ要素３９に戻される。

図３に示すさらなる発展では、例えば３つの冷却セル２７．１、２７．２、２７．３の群を備える、第１のカスケードが第１の熱交換器３６に接続されており、任意の他の群化が可能である。それは、典型的には最も温かい冷却材鉢３０．１から取り出されるこの群からの加熱された冷却材が、フィードライン４６、ポンプ４７、およびさらなるフィードライン４８を介して第１の熱交換器３６に導通されて第１のカスケードから製品にエネルギーを伝達することを意味する。冷却材は、熱伝達が行われた後に戻りライン４９を介して３つの冷却セル２７．１、２７．２、２７．３の群に返されて戻る。

図３は、例として３つの冷却セル２７．４、２７．５、２７．６からなるさらなる群を示すが、しかしながらここでは異なる群化が可能である。ここでは、セル２７．４、２７．５、２７．６からなる第２のカスケードのうちの最も温かいものから、すなわちセル２７．４およびその冷却材鉢３０．４から、冷却材は、フィードライン５０およびポンプ５１を介して、ヒートポンプ３３に、すなわち第２のヒートポンプ要素４０に導通される。第２のヒートポンプ要素４０の中を導通される冷却材からの、熱の伝達の後、そこではより冷たい冷却材は、フィードライン５２を介して第３の熱交換器６１に導通される。第３の熱交換器６１は、例えば一次側の冷却塔６２にパイプライン６３を介して接続されており、熱量Ｑ_ａｂを放散することによって、冷却トンネルで必要とされる冷却材温度まで冷却材を冷却する。しかしながら、冷却塔６２の代わりに、例えばクライアント側の冷蔵プラントまたは冷水タンクなどの、他の寒冷の源も可能である。第３の熱交換器６１から、冷却材は、導管６４を介して、再び参照番号２７．６の冷却セルに戻され、当該参照番号２７．６は、第２の群のうちの最も冷たいものを指す。本明細書で提供される第１の熱交換器３６およびヒートポンプ３３を用いた製品の並列加熱により、効率的な製品予熱を達成することができる。

図２および図３に表されているデバイスについては、製品の加熱および冷却は、本明細書には示されていない適切なコンピュータ制御によって制御することができる。

示されているデバイスは、製品を低い温度に向かって選択的に冷却するためにも同様に使用できることが理解されよう。

上述の例示的な実施形態で言及された特徴は、特に図に示されている組合せに制限されず、任意の他の組合せでも可能であり得ることが理解されよう。

Claims (13)

1. 液体製品、例えば汁を、第１の熱交換器（４、３６）および第２の熱交換器（３、３５）を備えるフラッシュ殺菌装置（２、３４）と、前記製品を容器（２１）、例えばボトルに充填するための充填ステーション（５）と、充填された前記容器（２１）を冷却材、例えば水によって冷却するために複数の冷却セル（６．１～６．６、２７．１～２７．６）を備える冷却トンネル（６、２７）と、ヒートポンプ（１、３３）と、を用いてホット充填するための方法であって、
   前記製品が前記容器（２１）に充填される前に、前記製品が、前記フラッシュ殺菌装置（２、３４）内で目標温度、例えば充填温度まで加熱され、
   前記冷却材の少なくとも一部が、前記冷却トンネル（６、２７）から前記第１の熱交換器（４、３６）へおよび前記第１の熱交換器（４、３６）の中を導通され、前記冷却材の熱エネルギーの少なくとも一部を、前記第１の熱交換器（４、３６）によって前記製品に最初に伝達することができ、
   前記製品が、次いで、前記第１の熱交換器（４、３６）から前記第２の熱交換器（３、３５）に導通され、前記熱エネルギーの少なくともさらなる一部を、前記製品を前記目標温度までさらに加熱するために前記ヒートポンプ（１、３３）を用いて熱伝達媒体によって前記第２の熱交換器（３、３５）に伝達することができる、
   方法において、
   前記第２の熱交換器（３、３５）および前記ヒートポンプ（１、３３）を通って循環する前記熱伝達媒体が、前記循環の方向で前記ヒートポンプ（１、３３）と前記第２の熱交換器（３、３５）との間に配置された加熱器（７）によって追加的に加熱されることを特徴とする、方法。
2. 充填プロセスの前に前記製品を加熱するために、前記冷却材が前記冷却トンネル（６）から前記第１の熱交換器（４）に到達し、次いで前記ヒートポンプ（１）に到達するように、前記第１の熱交換器（４）が前記ヒートポンプ（１）と直列に設けられている、請求項１に記載の方法。
3. 充填プロセスの前に前記製品を加熱するために、前記冷却材の少なくとも一部が前記冷却トンネル（２７）から前記第１の熱交換器（３６）に到達し、かつ前記冷却材の少なくともさらなる一部が前記冷却トンネル（２７）から前記ヒートポンプ（３３）に到達するように、前記第１の熱交換器（３６）が前記ヒートポンプ（３３）と並列に設けられている、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１の熱交換器（３６）に到達する前記冷却材の前記一部が、前記ヒートポンプ（３３）に到達する前記冷却材の前記一部よりも温かい、請求項３に記載の方法。
5. 液体製品、特に汁をホット充填するための方法を実行するためのデバイスであって、第１の熱交換器（４、３６）および第２の熱交換器（３、３５）を備えるフラッシュ殺菌装置（２、３４）であって、前記フラッシュ殺菌装置（２、３４）内で、前記製品が、前記第１の熱交換器（４、３６）および前記第２の熱交換器（３、３５）を通って流れる、フラッシュ殺菌装置（２、３４）と、前記製品を容器（２１）、例えばボトルに充填するための充填ステーション（５）と、複数の冷却セル（６．１～６．６、２７．１～２７．６）を備える冷却トンネル（６、２７）と、ヒートポンプ（１、３３）と、を備える、
   デバイスにおいて、
   前記第１の熱交換器および前記ヒートポンプを通って循環する熱伝達媒体を加熱するように設計された加熱器（７）であって、前記加熱器（７）が、前記循環の方向で前記ヒートポンプ（１、３３）と前記第２の熱交換器（３、３５）との間に配置されている、加熱器（７）によって特徴付けられ、
   前記デバイスが、請求項１～４のいずれか一項に記載の液体製品をホット充填するための方法を実行するように設計されている、デバイス。
6. 前記フラッシュ殺菌装置（２、３４）、前記充填ステーション（５）、前記ヒートポンプ（１、３３）、および前記冷却トンネル（６、２７）が、それぞれ別個に設計されている、請求項５に記載のデバイス。
7. 前記第２の熱交換器（３、３５）が、プレート式熱交換器または管式熱交換器を備える、請求項５または６に記載のデバイス。
8. 前記ヒートポンプ（１、３３）が、圧縮式ヒートポンプ、例えば電気駆動圧縮式ヒートポンプ、アンモニアヒートポンプ、または遷移臨界ＣＯ_２プロセスを伴うヒートポンプを備える、請求項５～７のいずれか一項に記載のデバイス。
9. 前記ヒートポンプ（１、３３）が、前記冷却トンネル（６、２７）の前記冷却セル（６．１～６．６、２７．１～２７．６）のうちの１つと、前記第２の熱交換器（３、３５）と、の間に設けられている、請求項５～８のいずれか一項に記載のデバイス。
10. 前記ヒートポンプ（１、３３）が、加熱された前記冷却材の温度が最も高い前記冷却セルと、前記第２の熱交換器（３、３５）と、の間に設けられている、請求項９に記載のデバイス。
11. 前記冷却セル（６．１～６．６、２７．１～２７．６）が、前記冷却材を１つの冷却セル（６．１～６．６、２７．１～２７．６）から１つ以上の隣接する冷却セル（６．１～６．６、２７．１～２７．６）に、例えばより冷たい冷却セルからより温かい冷却セルにポンピングすることができるように、相互接続されている、請求項５～１０のいずれか一項に記載のデバイス。
12. 前記容器（２１）に前記冷却材を散布するために、前記冷却セル（６．１～６．６、２７．１～２７．６）の各々が灌注プラント（２０．１～２０．６、２８．１～２８．６）を備える、請求項５～１１のいずれか一項に記載のデバイス。
13. 第３の熱交換器（６１）が、前記ヒートポンプ（１、３３）と、前記複数の冷却セル（６．１～６．６、２７．１～２７．６）のうちの１つの最も冷たい冷却セル（６．６、２７．６）と、の間に設けられている、請求項５～１２のいずれか一項に記載のデバイス。
    

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