用于加热液体介质的设备及方法,特别是用于生产啤酒的糖化设备的制作方法

xiaoxiao2020-6-24  7

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专利名称:用于加热液体介质的设备及方法,特别是用于生产啤酒的糖化设备的制作方法
技术领域
本发明涉及用于加热液体介质的方法和设备,特别地涉及用于生产啤酒的糖化设备。
背景技术
糖化对于啤酒生产而言是重要的处理步骤。在糖化过程中,谷物和水被混合到一起,由此溶解麦芽的成分。高粘度麦芽浆、即所谓的浓稠的麦芽浆,被用于生产高浓度的麦芽汁(高浓法)。目前,通常仅可能在下述浓度下受限制地开始糖化桶中的糖化作业:所述浓度导致22%的第一麦芽汁(没有酶)或24%第一麦芽汁(有酶)。这还可能消极地影响后续处理,该后续处理随后仅受限制地进行或者甚至根本不再进行。其中一个原因是例如由粘度引起的传热系数的降低。然而,对于高热流量水平,需要高传热系数或较 大加热表面,但是难以影响到这些或它们受限制。在增加加热剂温度的情况下,也能够增加热流量,但是这也会引起边界层温度增加,这样的一个结果是对酶造成破坏。淤塞(fouling)和温度引起的损失也会进一步显著地增加,结果一次能源需求增大。同样地,会增加清洗工作。另一原因是酶活性降低。在浓稠的麦芽浆中,能够使例如吸着气体保持得更长久,因此在酶和被酶作用物之间形成一种屏障。另外,麦芽浆的增加了的粘度阻碍了酶的移动性和作用,使得规定的静置通常不再产生期望的结果。第三个原因可能是不均质的麦芽浆和所产生的麦芽浆的混合,其中不均质的麦芽浆例如由气体导致的密度差产生。携带气体并且较轻的麦芽浆颗粒因此更加强烈地朝表层窜,这通过将搅拌器的安装位置靠近底部通常不能够充分地防止。这些麦芽浆颗粒因而可以维持在酶的最佳温度较短的时间,这例如可能导致提取物损失。目前,通常利用高压热水作用于例如糖化设备等具有搅拌器的加热装置的加热表面,其中高压热水水平地/从下方流经加热表面。这意味着,与具有搅拌产品的直流换热器相似,传热介质水平地/从下方流动。因此在液体传热介质的情况下,热流量不是最佳的。

发明内容
在此基础上,本发明的目的是提供一种改进的方法、特别是用于糖化的方法和相应的设备、特别是用于浓稠的麦芽浆的设备,所述方法和设备允许在热流量增加的情况下对麦芽浆进行缓和并且节约能源的加热。根据本发明,通过权利要求1和9的特征来实现该目的。优选实施方式由独立权利要求产生。根据本发明,加热器因此以如下方式形成:加热介质在加热器中至少在部分位置以如下方式被引导:加热介质与在液体介质中的在加热表面处产生的底部流动相反地流动、特别是自上而下流动,和/或加热介质在液体介质上方特别地自下而上流动。特别地,通过搅拌器在麦芽浆中产生底部流动。由于设置了搅拌器,这导致例如液体介质的以下运动。由于搅拌器引起的上升力以及由于热升力,液体介质朝向加热表面向上窜,或者在框架加热器的情况下朝向容器壁的内表面向上窜。具有低密度的颗粒更强烈地向上窜并且能够漂浮在那里。大部分颗粒朝向加热表面以螺旋的形式迁移到上侧液体区域,然后朝向中央迁移,并且从那儿再次向下返回,其中一部分液体介质然后能够通过出口、优选地通过位于下侧中部区域(例如位于底部的中央)的出口泵出,并且适当地再循环而再次返回。因此,在加热表面处产生了液体介质的大致自下而上的底部流动。因此呈对流地引导加热介质,人们还能够在加热介质和被加热的介质之间的温度差相对低以及加热表面相对小的情况下实现高热流量和高产品温度。因此,能够使加热介质的温度降低,这导致特别地缓和地进行加热。有利地,加热介质用的入口形成为连续的闭合回路或被分成区段的闭合回路,该入口具有多个开口或一个连续的开口,其中加热介质通过开口流动到加热器中。所述至少一个出口相应地也可以形成为连续的闭合回路和/或被分成区段的闭合回路。由于入口呈环状围绕加热器或加热表面延伸的事实,保证了围绕加热器的周围的自上而下的均匀流动,因此保证了液体介质的均匀加热。加热器由此可以具有环状加热表面或配置成环状的多个区段。如果一个出口配置在加热器的上侧区域,另一出口配置在加热器的下侧区域,并且入口配置在所述一个出口和所述另一出口之间,则是有利的。因此,加热介质能够在下侧部自上而下流动并且在上侧部自下而上流动。这具有如下优势:在加热器的上侧部,加热介质同样能够呈对流流动,即相对于向下朝表层沿着加热表面流动的、向下流动的液体介质呈对流流动。在液体介质例如由于搅拌器的作用而在加热表面处向上移动的下侧区域,力口热介质因而也呈对流向下流动,这能够在上侧部和下侧部都明显地提高热流量。加热介质用的入口因而有利地配置在如下高度:该高度位于液体介质用的入口下方,特别有利地,该高度位于液体介质的最大高度或表层的区域、或者位于根据啤酒的类型的最大高度的区域或相应的液体介质的表层的区域。这里的区域是指深度+/_深度的30%。因此,例如设备可以具有开环控制单元,该开环控制单元限定用于一种啤酒的最大填充高度或表层或相应的处理部分的最大填充高度或表层。液体介质用的入口因而有利地配置在加热器的上侧区域并且包括分配设备,该分配设备以如下方式将液体介质施加到液体介质的表层上方的加热表面:液体介质沿着加热表面向下行进直到液体介质到达表层。根据该实施方式,加热表面现在延伸到液体介质的表层上方。因此,例如在更高浓度的麦芽浆的情况下以及在糊化阶段期间,加热表面与体积不相关地增大减少了例如粘度引起的传热性降低的问题。由于液体介质沿着加热表面呈薄膜状向下流动的事实,靠近表面的气泡可能由于温度增加而突然或非常迅速地变大并且被排出。由于例如麦芽浆等的脱气,麦芽浆中的气体引起的密度差能够充分地 减小,能够提高浓稠的麦芽浆中的如上面所述的酶的活性。由于麦芽浆沿着加热表面输送的事实,一定程度上还能够从麦芽浆中排出诸如二甲基硫醚(DMS)等不期望的挥发性物质。DMS是含有硫并且在啤酒中产生异常气味的有机化合物。DMS由发麦芽期间形成的前驱物、S-甲硫氨酸(SMM)和二甲基亚砜(DMSO)产生。由于液体介质通过沿着加热表面输送而被附加地加热的事实,能够使加热介质的温度降低。因此,能够对麦芽浆更缓和地进行加热。由于不需要高的加热介质温度的事实,例如能够方便地使用来自热回收的热能、即使用其他处理步骤的废热(例如麦芽汁冷却期间产生的热水)来对加热介质进行加热进而对例如麦芽浆的介质进行加热,使得能够防止或至少充分地减少使用一次能源来加热麦芽浆。加热介质温度的降低以及高浓度麦芽浆的可用性因此导致充分地节约能源。由于使用来自热回收的加热介质,能够更经济地制造加热表面壁。例如通过使加热表面壁更薄进而能够提高传热性。另一个优势在于,由于液体介质的新颖的导入方式,产生了改善了的整体混合效果,特别是在桶直径大和填充高度高的情况下。特别是在高填充高度的情况下,通过将例如麦芽浆施加到在表层上方延伸的加热表面,增大了麦芽浆表面的体积流量,这进而减少了有时在表层产生的密度引起的麦芽浆浮层(mash slick),因此进而导致酶活性更好并且导致麦芽浆中淀粉的转化更好。另一优势在于如下事实:不论麦芽浆的量如何,都能够通过同一个设备最适宜地加热麦芽浆。不再需要根据啤酒的类型而将加热框架进行特定的细分,这节约了相当可观的成本和设计期间的澄清工作。利用该系统还能够对麦芽浆的量显著变化的新类型良好地进行加热(大大提高了啤酒厂的灵活性)。即使“极小”的麦芽浆份量和/或“极小”的麦芽浆的量也能够被可靠且均匀地加热。对于该情况,不再需要附加的加热底部,因为“极小”的麦芽浆份量和/或“极小”的麦芽浆的量通过沿着加热表面向下行进而被加热。该措施另外允许更细长的构造和更有利的糖化容器(填充高度例如为3至5m,容器高度为5至Sm)。这进而允许桶的非常良好的表面积/体积比(S/V比),由此减少辐射热损失。根据优选的实施方式,加热器的面朝内的加热表面具有多个凹凸、特别是彼此挨着并且一个位于另一个之上地配置的多个拱形囊,该多个拱形囊在接合部(例如内侧加热表面和外壁之间的焊接点)处彼此连接,并且加热介质流经该多个拱形囊。因此能够提高传热性。因此加热器优选地以如下方式形成和配置:在加热介质和/或液体介质的流动方向上,拱形囊接着接合部。因此,能够增大加热剂侧的传热性,因此增大K值。特别有利地是,可以利用温度优选地在蒸煮温度以下的加热介质来对加热表面进行加热。加热介质的温度有利地落在比相应的产品温度高IOK至30K的温度,即这里为比麦芽浆的温度高IOK至30K的温度或者比设备中的介质的温度高IOK至30K的温度。温度的降低、即缓和地进行加热减少了淤塞,对酶温和并且如已经说明的那样节约能源。由于加热介质的温度降低,所以能够减少对麦芽浆桶进行CIP清洗的频率和/或强度,这进而节约了水、能源和清洗剂。液体介质有利地从容器的下侧中部区域被泵出并且被再循环返回至容器。因而有利地例如能够利用现有的麦芽浆泵来泵出位于桶中央的麦芽浆,并且随后将麦芽浆向上泵至分配设备,使得不需要另外的泵。由于从上方供给泵出的介质、即麦芽浆,因此不论麦芽浆填充高度如何都改善了最上侧液体层中的麦芽浆的混合。本发明允许加 热介质的低流动温度。流动温度可以大致在加热介质的沸腾温度的范围,或者流动温度可以小于该温度。在…范围这里是指沸腾温度的5%的浮动。因此,力口热介质是液体并且优选为水,其中加热介质的温度接近相应的产品温度并且最大在标准压力下加热介质的沸腾温度的范围。为了完整性,这里还要指出的是,加热介质还可以是高压热水。高压热水也是液体加热介质,然而,其温度明显高于接近标准压力下的蒸煮温度的液体水的温度。因此,设备和加热器特别地被设计成使用液体加热介质,即,设备包括开环控制单元,该开环控制单元在适当的温度、加热介质压力和处理时间的情况下使用液体加热介质进行处理、特别是进行糖化处理。同样地,管路被设计成用于加热介质供给,以及用于被设计用于液体加热介质的加热介质泵。在蒸汽的情况下,存在“大”入口管路和“小”冷凝液排移管路。另一方面,在液体加热介质(例如HPHW)的情况下,供给管路和回流管路大致为相同的尺寸。在供给蒸汽的情况下,可以通过容器加热器上游的压力阀独立地调节加热表面的温度。这对于液体加热介质是行不通的,这里人们可以仅混合例如来自回流管路等的水。在任何情况下,如果经过加热表面的流动近乎竖直从上向下,则热流量提高,这也导致回流温度较低。传热介质因此以远低于通常的80° C的温度存储在储能器中,能够充分地降低储能罐的尺寸因此还能够使储存成本充分降低。低回流温度在储能罐及其载荷的设计中是有利的。可以向储能罐供给来自锅蒸汽冷凝器(kettle vapour condenser)和/或麦芽汁冷却器的能量。如果从麦芽汁冷却器和锅蒸汽冷凝器这两者向储能罐供给,则来自麦芽汁冷却器的回收能量不过是优选地用于加热麦芽浆,而来自锅蒸汽冷凝器的回收能量优选地用于加热在过滤麦芽汁加热器中的过滤麦芽汁。原理上,因此利用在能罐中的共用接口形成了两个独立的能量循环。储能罐纯粹用作缓冲容器。在特定处理步骤中回收的能量还可以直接供给到相应的用热器。然而,因为能量回收和能量输出不总是同步进行,因此需要该缓冲设备。 上述设备特别适用于加热麦芽浆。然而,设备同样适用于加热其他液体介质、特别
是麦芽汁。


在下文中,参照以下附图更详细地说明本发明。图1示意性地示出根据本发明的第一实施方式的设备的概略图。图2示意性地示出根据本发明的第二实施方式的概略图。图3示出根据本发明的设备的加热表面的立体图。图4示出通过根据本发明的加热器的局部纵向截面。图5示出通过加热器的横截面。图6示出根据本发明的另一实施方式。
具体实施例方式图1示出根据本发明的第一实施方式的设备。图1中示出的设备适用于啤酒生产期间的糖化。这里结合麦芽浆更详细地说明本发明,但是本发明也适用于诸如麦芽汁等其他液体。设备I包括容器2,该容器2的侧壁3优选地形成为中空筒状。容器2具有罩或盖4,该罩或盖4设置有用于挥发性成分的蒸汽出口管5。尽管这里未示出,但是容器2可以连接到能量回收设备。在下端处,容器包括底部6,该底部6优选地呈锥形地向下渐缩。在底部的中央设置有出口 10,出口 10在这里为排出桶(bowl)的形式,出口 10被连接到出口管路31。控制阀11定位于出口管路31。此外,用于将麦芽浆或麦芽浆的一部分泵出的泵12设置于出口管路。例如,在糖化处理之后,在阀24和阀26打开的情况下,麦芽浆能够经由管路23被抽出。如果阀24关闭并且阀25和26打开,则如随后更详细地说明的那样,麦芽浆能够经由入口管路22被输送至分配设备8,该分配设备8可以定位在容器的外侧或内侧。另外,搅拌器定位于设备的下侧区域,这里定位在桶底部的中央处。该搅拌器包括马达21、驱动轴和搅拌器叶轮16。搅拌器叶片32可以设置于排出桶中。另外,设备还包括麦芽浆用的入口 7。能够经由管路23、22和分配设备8从上方导入麦芽浆。然而,还可以经由未示出的、位于例如底部或位于排出桶10中等位于下侧区域的入口将麦芽浆供给到设备I。在特别有利的设计中,例如用于酶、硫酸钙或氯化钙等的计量设备设置于入口管路22,由此该形式的计量使得能够实现均匀且均质的添加剂量。加热器30以至少跨越高度的一部分的形式设置于容器2的侧壁3,该加热器30优选地为大致中空的筒状并且根据对流换热器原理工作。在该实施方式中,加热器形成为加热介质流经的壁(框架式加热器)。然而,加热器还可以配置成离侧壁3有一段距离或配置成贴靠侧壁3。加热器还可以由在周向上彼此挨着配置的多个区段形成。加热器30优选地如图3至图5所示地形成。这里,侧壁至少在部分位置形成有双层壁,侧壁具有外壁36和内壁,因而具有加热表面13,其中外壁的厚度dl大于内壁的厚度d2。两个壁在多个接合部35处例如通过焊接彼此连接,使得在接合部35之间产生凹凸。优选地,凹凸例如具有被配置成彼此挨着并且一个位于另一个之上的多个充气拱形囊34的形式,其中所述囊彼此连接并且加热介质流经所述囊。这自然意味着,在横截面和纵截面中看,特别地如图4和图5 所示,加热表面的凹凸在接合部之间也在产品侧产生。通过形成这些凹凸,还能够提高对麦芽浆的传热性,结果进而能够使加热介质的温度降低,自然地也能够使回流温度进一步降低。加热器30有利地以如下方式排列:特别地如图3所示,在加热介质的流动方向和/或液体介质的流动方向(与箭头相反的方向)上拱形囊34接着接合部35。图3中的箭头示出加热介质的优选流动方向。因此,在加热表面产生加热介质的非常高水平的湍流,并且在加热剂侧产生高传热系数。加热表面的厚度d2例如可以达到0.4mm至2mm, dl可以在3mm至10_的范围内。根据本发明,加热器被设计成使得加热介质在加热器30中至少在部分位置、这里是在下侧部以如下方式被引导:加热介质与由搅拌器产生的底部流动的方向(自下而上)相反地自上而下流动。如图1所示,在该特定实施方式中,加热器包括加热介质用的入口 14,其中该入口配置在加热器30的中央区域(在高度方向上看)。例如,入口 14可以包括围绕容器2并且这里以加热管(半管圈)的形式形成的闭合回路,入口 14可以具有绕周向分布的一个或多个开口,加热介质利用该一个或多个开口从管输送到加热器30中,这里输送到中空空间37(图3)。加热管配置在围绕容器2的侧壁3的周围的至少部分位置。
加热器30在加热器30的上侧区域还包括加热介质用出口 15a。加热器设置有绕周向分布的至少一个开口,利用该至少一个开口将加热介质从中空空间37抽出。一个或多个开口被连接到管路41,管路41在这里为半管圈,该半管圈配置在围绕容器2的侧壁3的周围的至少部分位置。除此以外,闭合回路同样地具有至少一个加热介质用的出口管路。如果加热介质围绕加热器30的周围均匀地供给和排放,则是有利的。同样,在加热器30的下侧区域设置有至少一个出口 15b,该出口 15b如结合至少一个上侧出口 15a所说明的那样被构造。这意味着,传热介质可以经由入口 14进入到加热器,并且如箭头所示,加热介质可以向上和向下流动到相应的出口 15a、15b。在该实施方式中,加热器30延伸到位于麦芽浆的表层20上方的区域。利用根据本发明的设备,能够在没有底部加热器的情况下对非常少的麦芽浆份量进行加热。还可以设置底部加热器,该底部加热器构造为与结合图3和4所说明的框架式加热器类似。然而,该底部加热器是非强制性的。加热器仅延伸到表层的区域也是可以的。在有利的面积-体积比并且为小容器的情况下,或者通过对传热介质再加热,还可以省却表层上方的加 热表面。加热器30的上侧区域或加热器30的上方设置有分配设备8,该分配设备8以如下方式将麦芽衆施加到表层20上方的加热表面13:麦芽衆沿着加热表面13向下行进直到麦芽浆到达麦芽浆的表层20。加热器的上端和分配设备8由此设置于容器2的大致上四分之一。分配设备可以配置在容器的内侧或外侧。加热表面的配置和传热介质经过加热表面的流动还能够自然地与加热表面被蒸汽或高压热水加热配合着进行,或者蒸汽可以直接供给到传热介质“水”并且相应的“冷凝量”可以在端部再次排放。在传热介质进入到加热表面之前,人们通过对传热介质再加热能够实现相同的效果。例如当生产蒸煮麦芽浆时,这是必需的,在该情况下通过回收的热量通常不能够实现所需的驱动力。在图1示出的实施方式中,分配设备形成为围绕容器2的外周延伸的半管(然而,分配设备还可以配置在容器壁的内部)。裂口 9或环状间隙设置于半管的区域中并且围绕侧壁的周围均匀地分布。在开口 9的上端,可以设置偏转设备,这里是至少在开口的区域中斜向下延伸并且使麦芽浆偏转向加热表面13的偏转板19。位于容器2中的麦芽浆28因此能够经由泵12和管路31、22从下侧区域循环至分配设备8,由此麦芽浆随后经由分配设备8沿着加热表面13以薄流的形式回馈。设备还可以具有气体用连接点27,使得能够向糖化设备I供应气体。设备还可以具有用于在设备中产生负压的未示出的设备。此时设备优选地形成为压力容器。此外,设备还可以具有开环控制单元40,该开环控制单元40开环控制最大量的麦芽浆直至最大填充高度的供给,其中加热表面13延伸超出该最大填充高度。另外,该设备可以具有温度传感器以及未示出的填充高度测量计。开环控制单元40可以致动控制阀和泵,并且还优选地通过回流混合控制加热剂温度。流动温度、进而伴随着该流动温度的回流温度应当尽可能地低,以便以可能最佳的方式实现上述优势。图2示出本发明的可能的第二实施方式,除了这里分配设备8未形成为配置在容器2的外侧的半管圈而是替代地形成为配置在容器3的内侧的环状管之外,第二实施方式与图1示出的实施方式相对应。由此,环状管同样地具有绕周向分布的多个裂口 9或一个环状间隙,其中裂口 9和/或环状间隙以如下方式配置:麦芽浆被施加到加热表面13并且向下行进直到麦芽浆到达表层20。尽管未示出,还可以在闭合环路上设置使麦芽浆朝加热器13偏转的偏转设备。图1和图2中示出的管圈或闭合回路不必连续地形成而是可以替代地由多个区段组成,然后各区段具有自带的麦芽浆用入口管路。由于能够使产品(除麦芽浆以外,还可以是例如CIP清洗液)沿着加热表面向下行进,该设备还可以用作各种介质用的加热器或再热器,由此例如啤酒厂CIP清洗液的再加热能够消除对于单独的换热器的需求,另外还能够使用从过程中回收的能量(这进而节约一次能源)。本发明还允许更细长、更高并且更有利的糖化容器(在直径优选地为2m至6m的情况下,填充高度为例如3m至5m并且容器高度例如为5m至8m)的构造。这进而允许非常良好的A/V比,由此减少 辐射热损失。在下文中,参照图1更详细地说明根据本发明的方法。在根据本发明的方法中,第一麦芽浆28被导入糖化用容器2中。例如,这能够经由入口 7并且经由分配设备8至少部分地进行。阀24和25由此打开并且阀26关闭。这意味着,当麦芽浆被导入到容器2中时,如箭头所示,如薄膜般的麦芽浆已经沿着加热表面13向下行进并且被加热。由于麦芽浆的温度升高,薄膜中的气泡由此增大并且气泡能够被排出。另外,粘度在较热的边界层处减小,结果酶能够更容易地溶解并且更具有活性。由此能够经由入口 27向容器2供应例如氮等气体。设备被填充直到已经达到确定的填充高度。阀的相应的切换等由开环控制单元40开环控制。这里利用例如水等加热介质来对加热器30进行加热,其中加热介质优选地具有接近蒸煮温度的温度,例如96° C。如前面所述,力口热介质朝至少一个出口 15a、15b从入口 14向上和向下分配。然后,当离开加热器时,加热介质具有例如80° C的温度。加热介质的流动温度优选地比麦芽浆的或待加热的介质的相应产品温度高出10 K至30K。这意味着,当产品温度升高时,以如下方式调节加热介质温度:产品和加热介质之间的温度差在IOK至30K的范围内。加热表面的配置和传热介质经过加热表面的流动还能够自然地与加热表面被蒸汽或高压热水加热配合着进行,或者人们可以将蒸汽直接供给到传热介质“水”并且将相应的“冷凝量”在端部再次排放。在传热介质进入到加热表面之前,人们通过对传热介质再加热能够实现相同的效果。例如当生产蒸煮麦芽浆时,这是必需的,在该情况下通过回收的热量通常不能够实现必要的驱动力。由于同样在表层20上方延伸的增大的加热表面,或者由于以对流的方式引导加热介质,不需要任何温度通常在140° C至150° C的蒸汽来加热麦芽浆,使得能够以较低温度(〈140° C)、优选地在加热介质的蒸煮温度以下缓和地加热。此外,可以使用来自热回收的热水作为加热介质,即使用通过例如在麦芽汁冷却期间和/或在锅蒸汽冷凝器处产生的废热进行加热的加热介质。当然还能够通过辅助装置使由废热加热的加热介质升高到更高温度,以便补偿处理过程中或工作周产生的波动。在不使用高压热水的情况下,所以加热表面13的壁厚度d2能够被设计成较弱和较薄,这进而提高了传热性。例如,壁厚度d2可以落在0.4mm至2mm的范围内。这对焊接工作也具有积极的效果。在糖化处理期间,容器2中的麦芽浆28至少有时候被泵出并且经由管路31、泵12和管路22再循环回至分配设备8。然后麦芽浆经由分配设备8围绕容器2的周围尽可能均匀地分配,施加到加热表面13。然后麦芽浆如薄膜般/如薄流般朝表层20流动。麦芽浆的向下行进膜的厚度优选地落在Imm至IOmm的范围内。经由分配设备输送的麦芽浆的供给速度以相同的方式变化,但是另外取决于桶的直径。在较高浓度的情况下(特别是在具有诸如高粱或其他非麦芽原料等淀粉载体的锤式粉碎麦芽浆的情况下)或在糊化期间,加热表面的增大减少了粘度引起的传热性降低的问题。在特别有利的情况下,这样能够减少使用非常昂贵的技术酶。同样如结合麦芽浆的导入进行说明的那样,当麦芽浆向下流动时,由于温度升高能够排除吸着气体。靠近表面的气泡可以简单地破裂。当麦芽浆向下行进时,还能够从麦芽浆排出诸如DMS等其他挥发性物质。这里麦芽浆可以通过对流被尤其良好地加热,因为如图1中的箭头所示,麦芽浆沿着加热表面13向下流动,而加热介质同样如箭头所绘出的那样向上流动。这意味着,麦芽浆可以在导入的麦芽浆28上方的区域中被另外加热。利用设备的下侧区域中的搅拌器16搅拌麦芽浆。由于通过循环的麦芽浆进行附加的混合,所以能够赋予搅拌器非常小的尺寸,并且能够降低剪切力。由于从分配设备8添加麦芽浆,所以不论麦芽浆填充高度如何,相对改善了最上侧液体层的混合。由于搅拌器叶轮16引起的上升力以及由于热升力,麦芽浆如箭头所示在侧壁3处向上窜。具有低密度的麦芽浆颗粒更强烈地向上窜并非常容易地漂浮在那里。大部分麦芽浆颗粒朝中央迁移至上侧液体区域,然后从上侧液体区域再次向下迁移,使得产生由18表示的回路。稍微“较冷”的麦芽浆通常位于桶中央17。通过从下方从中部区域、这里经由排出桶10抽出一部分麦芽浆来提高麦芽浆温度的均质性,最后使抽出的麦芽浆回流至被调温的加热表面13。这充分地提高了酶的活性。由于在排出桶10中的体积流量高,所以能够省却排出桶中的搅拌器叶片32。在下侧部分、即在入口 14下面,完全如在上侧部分一样,麦芽浆可以通过对流由加热器30进行加热,因为这里麦芽浆如`箭头所绘出地那样在侧壁或加热表面13向上升高,而加热介质向下流动。因此,麦芽浆或液体介质中的向上移动的底部流动沿着加热表面13升高。液体介质的底部流动的流动方向和加热介质的流动方向优选地成大约180°或者成大约180° -200°而大致相反。因此,能够充分地提高热流量。能够通过调节相应的控制阀和泵送能力12来调节从容器2的下侧区域经由管路22循环供给到分配设备8的麦芽浆的量。在糖化处理的末期,然后能够通过泵12经由出口 10、打开的阀11、26和24将麦芽浆泵出。这里借助于麦芽浆泵12将麦芽浆泵出以及使麦芽浆通过泵送而循环。也可以设置两个不同的泵。由于加热介质的温度低,所以也能够在不严格遵照静置恒温的情况下实施前述糖化方法。因而在该静置期间的加热速率为例如0.lK/min。例如麦芽浆等液体介质因此以例如0.8K/min等预定加热速率被加热,直到刚好处于经典的静置温度(restingtemperature)以下。在例如20分钟的静置期间,以例如0.lK/min等明显较慢的加热速率继续“加热”,使得液体介质的温度在”静置”的末期稍高于经典的静置温度,但是仍然处于相应的酶的范围的最佳值。已经结合糖化处理说明了图1和图2中示出的设备。然而,也可以将该设备作为用于加热其他介质、特别是麦芽汁的设备来使用。在该情况中,例如,麦芽汁将经由分配设备8输送到代替麦芽浆28的麦芽汁的表层20。图6示出图1至图5中所示的实施方式的变型。图6示出图1至图5所示的实施方式的可能的变形。根据本发明的设备I在此仅以概略示意的形式绘出。除了另外设置有限制元件50之外,该实施方式与之前的实施方式相对应,限制元件50在这里为限制板的形式。在该特定实施方式中,限制元件50以在加热表面13和限制元件之间产生间隙51的方式形成。限制元件50有利地以产生环状间隙的方式形成和配置。环状间隙可以是连续的或者可以由配置成环状的多个区段组成。间隙宽度s为3mm至20mm。在限制元件50的下侧区域(在下侧5%至30%范围内)中,间隙宽度尺寸可以减小到较小尺寸(即在向下行进的麦芽浆即将行进到余留的麦芽浆之前,因为这里存在着吸氧的微小风险)。限制元件50至少从如下区域延伸:该区域位于麦芽浆通过分配设备被施加到加热表面13所在的高度。这样,当麦芽浆被引至加热表面13时,麦芽浆已经通过限制元件50直接向下输送。限制元件未完全地延伸到容器底部6而是在其上方终止,以便保证循环。限制元件优选地在中部加热剂供给14的区域终止,以便以这种方式支撑结合图1和图2说明的对流换热器原理。因此,限制元件50能够在麦芽浆高度的稍上方或稍下方终止。限制元件50的长度有利地被设计成使得限制元件50浸入到表层20。然而,如果限制元件在表层上方20cm处终止(在设备中具有优选地为大约2.50m至Sm的整体高度),则同样产生限制元件的优势。间隙或环状间隙51有利地在顶部处闭合,使得当麦芽浆经过间隙51朝向表层向下行进时,没有气体可以从容器2吸回至环状间隙中。在图6中,限制元件50被连接到盖4。限制元件50还可以形成为加热器并且具有面朝外、即朝向容器2的外壁的加热表面。能够以这种方式附加地对麦芽浆进行加热。加热介质因而自下而上有利地流经限制元件,以便通过对流对麦芽浆进行加热。加热表面优选地可以具有凹凸。特别地,如果限制元件50形成为加热表面,根据另一实施方式,如果限制元件50进一步伸入到麦芽浆中,然而最多至底部上方大约50cm处, 这对于改善加热也可以是有利的。利用根据本发明的限制元件,向下流动的麦芽浆能够沿着加热表面13输送并且保持在限制区域中。因此,一方面能够使进一步的轻微氧化最小化或者完全地防止任何轻微的氧化,另一方面还能够提高传热性。由于从限制元件到实际加热表面13的距离小,所以形成了非常窄的环状间隙,使得迅速形成了无氧区域并且使麦芽浆或多或少地避开气体区域。限制元件还允许麦芽浆大致沿切向引入到容器2中。分配设备因而以如下方式形成为至少一个切向入口:麦芽浆大致沿切向流动到容器壁的内侧或者限制元件,从而产生围绕中轴线M转动的向下流动。此外,如之前说明的那样,本发明被设计成使用液体加热介质。特别地,热水和高压热水适用于此。因此,设备可以被连接到储能罐,能量经由例如麦芽汁冷却器和/或锅蒸汽冷凝器被供给到储能罐。尤其是,在利用液体加热介质、特别是热水的情况下,对流原理是尤其有利的。在生产期间,这里使用的储能罐被供给回收能量。因此,不再需要任何一次能源来加热液体介质,或者一次能源的使用显著地减少。通常,蒸汽或高压热水(HPHW)被用作加热麦芽浆和酿酒容器用的加热介质。当使用蒸汽时,冷凝液连接部必须位于最下方位置处,以便使冷凝液能够有效且完全地放出并且使蒸汽的热流量不受聚集的冷凝液妨碍。蒸汽入口位于加热表面的上侧区域,但是蒸汽入口不必安装在最高位置处,因为无论蒸汽移动到哪儿都能够冷凝。在蒸汽加热的换热器的情况下,加热剂温度恒定,蒸汽的和待被加热的液体的相反的流动方向对于热交换没有任何影响。在对流换热器的情况下,进行着热交换的液体在它们分开的壁的两侧沿相反的方向流动。当使用HPHW (高压热水)时,入口用的连接部配置在加热表面的最下方位置处,而回流连接部配置在最高位置处。为了确保加热表面的完全排空(clean venting),该措施是必需的。液体介质(例如麦芽浆)的由搅拌器引起的沿着加热表面的底部流动自下而上地指向。使用热水作为加热介质需要尽可能积极有利的设计,因为加热剂温度在热交换期间变化。为了最大可能地将能量应用到液体介质(例如麦芽浆)中,根据对流原理的加热表面的设计和加热介质的引导因此是特别高效和有利的。因此,热水与液体介质的底部流动相反地或自上而下地被输送通过加热表面。然而,因为热水以及HPHW是液体加热介质,该设计乍一看似乎并不有利,因为通过对介质进行引导似乎不能够实现加热表面的排空。因此,利用HPHW加热的结构性措施(根据直流原理)导致实质上偏离本发明。然而,通过根据本发明的设备的特定设计解决了该问题。作为示例,围绕框架的整周配置的闭合回路(入口管路)中的加热剂的低流速允许在最高位置处实现排空。例如许多小通孔从闭合回路引导到实际的加热表面中。由于彼此相对的加热表面壁之间的窄间隙,这些允许以高速完全且均匀地流动。如果加热表面设置有凹凸,则是特别有利的。因此,尽管通风但有时在加热表面会存在吸着气体,吸着气体由于高流速而被一路携带着并且在底部被挤出。此外,由于高流速,也在加热表面形成 了湍流,这进一步强烈地有利于将能量应用到液体介质中。该措施的效果是,尽可能多的能量被传输到搅拌容器中的液体介质,同时加热介质的回流温度落在最低的范围(〈80° C)。如果在麦芽汁冷却器处回收的能量被用于加热麦芽浆,这将是基本的要求。因此,利用根据本发明的构思,根据对流原理的换热器首次在利用液体加热介质的糖化或酿造容器中实现,并且该设计主要在于使得能够实现有效地将能量应用到液体介质中。因此设计主要着眼于能量方面,不同于之前的设计,该设计不是基于加热介质及其有利的、通过加热表面的引导(冷凝液排出、加热表面的通风)。还可以对用于生产麦芽浆和/或麦芽汁的局部或整个系统增压。这样,温度水平稍微上调,由此可以实现例如加热介质的从100° C至110° C的温度、特别是100° C至105° C的温度。
权利要求
1.一种用于加热液体介质的设备,特别是用于生产啤酒的糖化设备(1),所述设备具有: 容器(2);和 用于加热液体介质的加热器(30),所述加热器具有加热介质用的至少一个入口( 14)和至少一个出口(15),其特征在于,所述加热器(30)被形成为使得:在所述加热器(30)中的至少部分位置以如下方式引导加热介质:加热介质与所述容器(2)中在加热表面(13)处产生的底部流动(18)大致相反地流动。
2.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述设备包括搅拌器(16),加热介质与由所述搅拌器产生的所述底部流动(18)相反地自上而下流动。
3.根据权利要求1或2所述的设备,其特征在于,加热介质用的所述至少一个入口(14)包括连续的闭合回路或被分成区段的闭合回路,所述至少一个入口( 14)具有多个开口或一个连续的开口,加热介质通过所述开口从所述闭合回路流出并且流入所述加热器(30)中,和/或 所述至少一个出口(15)包括一个连续的闭合回路(41)或被分成区段的闭合回路(41),所述至少一个出口( 15)具有多个开口或一个连续的开口,加热介质通过所述开口从所述容器流出并且流入所述闭合回路中。
4.根据权利要求1至3中的至少一项所述的设备,其特征在于,出口(15a)配置在所述加热器(30)的上侧区域,另一出口(15b)配置在所述加热器(30)的下侧区域,所述入口(14)配置在所述出口( 15a)和所述另一出口( 15b)之间。
5.根据权利要求1至4中的至少一项所述的设备,其特征在于,加热介质用的所述入口(14)配置在如下高度:所述高度位于液体介质用的入口(7)下方,或者特别有利地,所述高度位于液体介质的最大高度或表层的区域、或者位于根据啤酒的类型的最大高度的区域或位于相应的液体介质的表层的区域。
6.根据权利要求1至5中的至少一项所述的设备,其特征在于,液体介质用的入口(7)包括分配设备(8),所述分配设备(8)优选地在液体介质的表层(20)上方以如下方式将液体介质施加到所述加热器(30)的加热表面(13):液体介质沿着所述加热表面(13)向下行进直到液体介质到达所述表层(20 )。
7.根据权利要求1至6中的至少一项所述的设备,其特征在于,所述加热器(30)的面朝内的所述加热表面(13)具有多个凹凸,特别是具有彼此挨着并且一个位于另一个之上地配置的多个拱形囊(34),所述多个拱形囊在接合部(35)处彼此连接并且加热介质流经所述拱形囊。
8.根据权利要求7所述的设备,其特征在于,所述加热器(30)以如下方式形成和配置:在加热介质的流动方向上和/或在液体介质的流动方向上,拱形囊(34)接着接合部(35)。
9.一种用于加热液体介质、特别是用于生产啤酒的麦芽浆的方法,所述方法具有以下步骤: -将液体介质导入到用于加热液体介质的设备, -利用加热器(30)对液体介质进行加热, -在容器(2)中使液体介质产生沿着加热表面(13)的底部流动(18),特别是通过搅拌产生所述底部流动, -从所述设备抽出液体介质, 其特征在于,在所述加热器(30)中至少在部分位置以如下方式引导加热介质:加热介质与产生的所述底部流动(18)大致相反地流动,优选地自上而下流动。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,加热介质优选地以如下方式被供给到所述加热器(30)和/或从所述加热器(30)排出:加热介质围绕所述加热器(30)的周围均匀地分布。
11.根据权利要求9或10所述的方法,其特征在于,加热介质优选地在上下出口(15)之间供给。
12.根据权利要求9至11中的至少一项所述的设备,其特征在于,加热介质在如下高度处被供给:所述高度位于液体介质用的入口(7)的下方,或者特别有利地,所述高度位于液体介质的最大高度或表层的区域、或者位于根据啤酒类型的最大高度的区域或相应的液体介质的表层的区域。
13.根据权利要求9至12中的至少一项所述的方法,其特征在于,液体介质经由分配设备(8)供给,所述分配设备以如下方式将液体介质施加到所述设备的位于麦芽浆的表层(20)上方的加热表面(13):液体介质沿着所述加热表面向下行进直到液体介质到达液体介质的所述表层(20)。
14.根据权利要求9至13中的至少一项所述的方法,其特征在于,加热介质以如下方式流经所述加热器,和/或液体介质以如下方式沿着所述加热表面流动:拱形囊(34)接着接合部(35 ),所述囊通过所述接合部连接。
15.根据权利要求9至14中的至少一项所述的方法,其特征在于,液体介质从所述容器(2)的下侧中部区域泵出并且循环回至所述容器(2)中。
16.根据权利要求9至15中的至少一项所述的方法,其特征在于,所述液体加热介质的流动温度落在加热介质的沸腾温度的范围或小于所述沸腾温度,加热介质优选地为热水或闻压热水。
17.根据前述权利要求中的至少一项所述的设备,其特征在于,所述设备和所述加热器被设计成使用液体加热介质、特别是热水和高压热水,所述设备和所述加热器优选地连接到液体加热介质用的储能罐。
18.根据权利要求17所述的设备,其特征在于,向所述储能罐供给来自锅蒸汽冷凝器和/或麦芽汁冷却器的 能量。
全文摘要
本发明涉及用于加热液体介质的设备及方法,尤其涉及用于生产啤酒的设备,该设备包括容器,其具有液体介质用的入口和出口;和用于加热液体介质的加热器,其具有加热介质用的至少一个入口和至少一个出口。为提高热流量,加热器被构造成使得,在加热器中的至少部分位置以如下方式引导加热介质加热介质与在容器中的加热表面处产生的底部流动大致相反地流动。
文档编号C12M1/06GK103228348SQ201180056643
公开日2013年7月31日 申请日期2011年10月4日 优先权日2010年10月4日
发明者赫尔穆特·卡默洛荷 申请人:克朗斯股份公司

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