(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビールを含む炭酸含飲料の製造時に際しての製品原水を冷ブラインで冷却する冷却工程と、製品の容器充填後に行う高温水にて露点温度まで加熱する加熱工程とを有し、前記冷却工程に使用する冷ブラインは加熱工程での排熱により作動する冷却部を介して得られた冷熱により構成した炭酸含飲料製造工場の工場排熱を回収利用する省エネルギーシステムであって、
上記加熱工程に使用する高温水の加熱を行う加温部と、
前記冷却工程の冷ブラインを冷却する冷却部を並設し、
前記加温部は工場排熱を熱源として駆動するヒートポンプサイクルで構成し、その凝縮器側の凝縮熱を利用して高温水を製造し、
一方冷却部は前記加熱工程の排熱を熱源として駆動するヒートポンプサイクルで構成し、その蒸発器側の蒸発冷熱を利用して冷ブラインで冷却するように構成したことを特徴とするビールを含む炭酸含飲料製造工場の工場排熱を回収利用する省エネルギーシステム。
【請求項２】
前記工場排熱は、ビール製造工程における麦汁煮沸時の排熱である請求項１記載のビールを含む炭酸含飲料製造工場における工場排熱を回収利用する省エネルギーシステム。
【請求項３】
ビールを含む炭酸含飲料の製造時に際しての製品原水を冷ブラインで冷却する冷却工程と、製品の容器充填後に行う高温水にて露点温度まで加熱する加熱工程とを有し、前記冷却工程に使用する冷ブラインは加熱工程での排熱により作動する冷却部を介して得られた冷熱により構成した炭酸含飲料製造工場の工場排熱を回収利用する省エネルギーシステムであって、
上記加熱工程に使用する高温水の加熱を行う加温部と、
前記冷却工程の冷ブラインを冷却する冷却部を並設し、
前記加温部は工場排熱を熱源として駆動するヒートポンプサイクルで構成し、その凝縮器側の凝縮熱を利用して高温水を製造し、
一方冷却部は上記加熱工程よりの加熱排水の奪熱を行う熱源側と前記冷却工程の冷ブラインを冷却する冷却側を有する吸着式若しくは吸収式冷凍機と、前記熱源側より排出された奪熱水の冷却を行う冷却塔により構成し、
前記冷凍機の熱源側に加熱工程の加熱排水を熱源水として導入させ、前記熱源側で奪熱された奪熱水を冷却塔を介して前記冷凍機の冷却側に導入して更に冷却された冷ブライン水を冷却工程に導入するようにしたビールを含む炭酸含飲料製造工場における工場排熱を回収利用する省エネルギーシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビールを含む炭酸含飲料製造工場における工場排熱を回収利用する省エネルギーシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
飲用適の水に炭酸ガスを圧入したもの及びこれに甘味料、フレーバリングを加えたものに総称される炭酸水、クラブソーダやサイダー、コーラ、フルーツソーダ、クリームソーダ等の炭酸飲料の製造には、製品原水に炭酸ガスを圧入させて製品とするカーボネーションが行われるが、その際飲料水の品質を一定に保持するとともに、容器への充填時の泡立ちを防止し安定且つ連続的に行うため、冷却部を介して前記原水を２５℃程度より５℃程度に冷却する冷却工程を設けている。
また、上記炭酸ガスを圧入溶解させた製品を容器に充填するが、前記製品温度が７〜８℃の低温であるため、容器表面が結露し、段ボール等の梱包容器を破損させる恐れがある。上記梱包容器の破損を防止するため、製品を充填した容器を加熱器を介して温水もしくは蒸気により３０℃付近まで昇温させる加熱工程を設けている。
【０００３】
また、ビール製造時には、冷却工程を設けて熟成を終えた若ビールである熟成ビールを冷却部により０〜−１℃に冷却し、蛋白質を凝固させ、これをろ過器でろ過して清澄度を高めてビールとしての製品を形成させている。これを樽詰めして樽生ビールをつくり、または容器に充填して壜詰め、缶詰めのビールをつくっている。
上記壜詰め、缶詰めビールの場合、ビール自身も貯酒以降充填し終えるまでは炭酸ガス保持のため低温に保持してあるため、充填時の容器表面はそのままでは露点以下となり、結露によるレッテル貼りに難渋するので加熱工程を設け、加熱器を介して湯シャワー等により露点温度以上に昇温させている。
【０００４】
従来は、上記ビールを含む炭酸含飲料の製造における冷却工程と加熱工程とは完全に切り離して考えられていたため、前記冷却工程にはブラインクーラやチラーで行い、加熱工程は蒸気で行っており、そのため惹起されるエネルギー的損失は大きいものとなっていた。
【０００５】
ところで、上記エネルギー的損失を解消するためには排熱回収を有効に行う必要がある。従来の排熱回収は一貫した系を形成する冷却工程では行われ、排熱回収冷却方法として例えば麦汁の排熱回収冷却方式が広く知られている。
上記排熱回収冷却方法は、前段の冷却系で約９０〜７２℃までの冷却を行い、中段の７２〜３３℃までの冷却は冷却水により行い、後段の冷却系で醗酵初期の約６℃まで冷却している。上記９０〜７２℃の前段冷却は一段目熱交換器を介して吸収冷凍機により排熱を回収し、回収した排熱により得られた１５℃のブラインをターボ冷凍機を介して−５℃のブラインを形成させ、３段目、４段目の熱交換器を介して醗酵初期の約６℃の麦汁を得るようにしている。
また、中段冷却に使用する冷却水により熱回収を行い、後続する仕込み用湯として、また装置の殺菌洗浄用として有効利用を図っている。
【０００６】
また、特公平７−４２１２号公報には、ビール製造を行う各種工程に熱源としてボイラーより発生する蒸気を利用するようにしたビール製造工程における熱利用方法が記載され、特に各種工程に必要な熱源である蒸気、温水、冷水をボイラより発生した蒸気を用いて作成し、熱エネルギーの有効利用を図った熱利用法が記載されている。即ち、多量の蒸気、冷水、温水が使用される「ビールの麦芽粉砕→糖化→ろ過→麦汁煮沸→麦汁冷却→麦汁ろ過→麦汁にいたる」のビール製造ラインに就いて、熱の有効利用方法が述べられている。
【０００７】
上記熱利用方法は、一つの製造工程において製造に必要な熱である蒸気、温水、冷水の三つの形態に蒸気より作り出す方法に関するものである。然し、それは一貫した系における冷却から加熱、または加熱から冷却への熱の移動の間の熱収支の釣り合いを図り、その点より排熱回収を図ったものでない。
そのため、今尚排熱回収に困難を伴い利用可能レベルの排熱も破棄されている場合もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、冷却と加熱の組合せを持つ生産段階に区分し各段階でのエネルギー収支の釣り合いを図り、エネルギー効率の向上を目指した、ビールを含む炭酸含飲料製造工場における工場排熱を回収利用する省エネルギーシステムの提供を目的としたものである。
【０００９】
そこで、従来までなおざりにされ且つ見逃されてきたビールを含む炭酸含飲料製造における、製品原水を０〜１℃に維持する冷却工程と、壜詰めないし缶詰め後の結露防止のための３０℃程度に昇温させる加熱工程とを持つ生産段階において、冷却、加熱工程の間の熱の移動を関連させその間のエネルギー収支の釣り合いを図ったものでる。
【００１０】
ところで、炭酸飲料の製造工程においては、まず飲用水と砂糖を混合して糖液をつくり、これに酸味料やフレーバリングを加え混合糖液である製品原水の形成が行われている。上記形成された製品原水に炭酸ガスを圧入して製品を形成する際には製品原水を１〜３℃程度に冷却維持する冷却工程が必要であり、また、製品の壜詰めないし缶詰めをして包装する際、容器表面の結露防止のため前記製品原水を充填した容器を略３０℃程度に加熱する加熱工程を必要としている。そこで、上記冷却工程より加熱工程に至る間を一つの生産段階として取り扱うようにしたものである。
【００１１】
また、ビールの製造工程においては、熟成ビールの凝固蛋白質のろ過及びろ過後の容器充填までに製品原水である前記熟成ビールを０〜１℃に冷却維持する冷却工程と、容器充填後の壜詰めないし缶詰め製品を略３０℃に加熱する加熱工程とを一つの生産段階として取り扱うようにしたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明のビールを含む炭酸含飲料製造工場における工場排熱を回収利用する省エネルギーシステムは、
ビールを含む炭酸含飲料の製造時に際しての製品原水を冷ブラインで冷却する冷却工程と、製品の容器充填後に行う高温水にて露点温度まで加熱する加熱工程とを有し、前記冷却工程に使用する冷ブラインは加熱工程での排熱により作動する冷却部を介して得られた冷熱により構成した炭酸含飲料製造工場の工場排熱を回収利用する省エネルギーシステムを要旨とする。
【００１３】
そして、請求項１記載の発明は上記加熱工程に使用する高温水の加熱を行う加温部と、
前記冷却工程の冷ブラインを冷却する冷却部を並設し、
前記加温部は工場排熱を熱源として駆動するヒートポンプサイクルで構成し、その凝縮器側の凝縮熱を利用して高温水を製造し、
一方冷却部は前記加熱工程の排熱を熱源として駆動するヒートポンプサイクルで構成し、その蒸発器側の蒸発冷熱を利用して冷ブラインで冷却するように構成したことを特徴とする。
【００１４】
例えば、請求項１記載の冷却工程の前記工場排熱は、ビール製造工程における麦汁煮沸時の排熱（蒸気）である。
【００１５】
【００１６】
また、請求項３記載の発明は、上記加熱工程よりの加熱排水の奪熱を行う熱源側と前記冷却工程の冷ブラインを冷却する冷却側を有する吸着式若しくは吸収式冷凍機と、前記熱源側より排出された奪熱水の冷却を行う冷却塔を並設し、前記冷凍機の熱源側に加熱工程の加熱排水を熱源水として導入させ、前記熱源側で奪熱された奪熱水を冷却塔を介して前記冷凍機の冷却側に導入して更に冷却された冷ブライン水を冷却工程に導入するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
請求項１記載の発明は、前記加熱部を、圧縮式ヒートポンプにより構成するようにしたもので、炭酸飲料の場合は他の工程の工場排熱により作動し、またビールの場合は前記麦汁煮沸時の煮沸排熱蒸気により作動するようにしたもので、更に加えて工場排熱の持つ排熱エネルギーの添加により８５〜９０℃の高温水を得ることが出来る。
また、請求項１記載の発明は、請求項１記載の冷却部を、冷ブラインを媒体に使用する圧縮式ヒートポンプにより構成するようにしたもので、前記加熱工程での排熱により圧縮式ヒートポンプを作動させ、蒸発部より冷ブラインを得るようにし、該冷ブラインより冷却用冷熱を得るようにしたものである。この場合にはブライン蓄熱槽を設け、三方混合弁を介してブライン温度検出による自動冷却能力制御により、断続負荷に追従してビールを凍結手前の低温度に維持できるようにしてある。
【００１８】
【作用】
本発明に係わるビール及び炭酸含飲料製造工場における工場排熱を回収利用する省エネルギーシステムは、
ビールを含む炭酸含飲料の製造時に際しての製品原水を冷ブラインで冷却する冷却工程と、製品の容器充填後に行う高温水にて露点温度まで加熱する加熱工程とを組み合わせた生産段階における熱収支の釣り合いを図ったもので、
本発明においては、上記加熱工程に使用する高温水の加熱エネルギーは、工場排熱(例えばビール製造工程における麦汁煮沸時の排熱蒸気)を熱源として駆動するヒートポンプサイクルで構成し、その凝縮器側の凝縮熱を利用して高温水を製造するように構成し、
製品原水を冷ブラインで冷却する冷却工程に使用する冷熱エネルギーは、加熱工程での排熱により作動する冷却部を介して得られた冷熱、即ち加熱工程での熱の冷却部位への移動により構成するようにしてあるため、冷却工程と加熱工程との間の熱収支の釣り合いを図ることができる。
【００１９】
また、前記冷却工程を、炭酸飲料の炭酸ガス圧入に際して行う冷却工程に特定した場合に、該冷却工程は水と砂糖を混合した混合糖液にフレーバリングを加えた混合糖液に炭酸ガスを圧入溶解させる場合、品質の安定と泡立ちを防止し安定且つ連続的に行うため、製品原水温度を凍結前の１０℃以下に冷却し製品出口温度が１〜３℃を維持し、且つ変則的に断続供給される前記原水に対応すべく冷却能力制御可能のものが要求されているが本発明によればこれに対応できる。
【００２０】
また前記冷却工程を、ビールろ過前より熟成ビールに対して行う冷却工程に特定した場合に、該冷却工程は、貯酒工程において熟成されたビールに凝固物の沈殿と炭酸ガスの沈静を図るために行われる工程で、−５℃前後のブラインを送りビールを凍結点近くまで冷却するもので冷却能力制御可能のものが要求されているが本発明によればこれに対応できる。
なお、上記冷却は、麦汁仕込み工程についで行われる麦汁の冷却には−６〜−４℃のブラインを使用し、醗酵工程、貯酒工程とにおいては−５〜−３℃のブラインを使用し、それぞれ麦汁や若ビールを０℃前後の冷却についで行われるものである。
【００２１】
【００２２】
また、請求項３記載の発明は、前記冷却部を、吸収式若しくは吸着冷凍機により構成するようにしたもので、加熱工程の温排水を熱源水として使用し、使用後の奪熱温水を冷却塔を介して冷却して吸着冷凍機の冷却側に導入して低温冷水を得るようにしたものである。この場合の冷却能力の調整は冷却塔を介して行うようにする。
【００２３】
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明のビールを含む炭酸含飲料製造工場における工場排熱を回収利用する省エネルギーシステムを炭酸飲料製造工場に適用した場合の概略の構成を示す図で、図２は本発明のビールを含む炭酸含飲料製造工場における工場排熱を回収利用する省エネルギーシステムをビール製造工場に適用した場合の概略の構成を示す図で、図３は図１、図２の冷却部の別の実施例を示す図である。
【００２５】
図１に示すように、本発明の省エネルギーシステムは、製品原水の冷却工程１０ａと、該冷却された原水への炭酸ガスを圧入するカーボネーション工程１１ａと、炭酸ガスを圧入された冷却原水からなる炭酸飲料の瓶詰め若しくは缶詰め工程１２と、瓶詰め若しくは缶詰め後の加熱工程１３と、包装工程１４とよりなる最終生産段階において、工場排熱を導入して得られた高温水を加熱工程１３へ出力する加熱部１５ａと、加熱工程１３よりの加熱排水を導入して得られた冷ブラインを冷却工程１０ａへ出力する冷却部２０ａとより構成する。
【００２６】
上記加熱部１５ａは圧縮機１６ａと凝縮器１７ａとよりなる圧縮式ヒートポンプ１９ａと熱交換器１８ａとよりなり、工場排熱（蒸気）を圧縮機１６ａで圧縮して凝縮器１７ａにより凝縮して温水を得るようにし更に前記温水を熱交換器１８ａを介して工場排熱により加熱した加熱工程に使用する高温水を得るようにしてある。
上記の場合、圧縮機駆動用動力費を必要とするが高温水を得るための加熱用蒸気ないし熱源は不用である。
【００２７】
上記冷却部２０ａは圧縮機２１ａと蒸発器２２ａとよりなる圧縮式ヒートポンプ２３ａと熱交換器２４ａとよりなり、加熱工程１３での排熱を圧縮機２１ａで圧縮し蒸発器２２ａで前記冷却工程１０ａへ出力する冷ブラインと熱交換して−１〜１℃に冷却された冷ブラインを得て熱交換器２４ａで混合糖液を凍結前の低温に冷却するようにしてある。
なお、冷ブラインの循環路２５ａには図示してない蓄熱槽を設け、同じく不図示の三方混合弁を介して負荷が変動し混合糖液の供給が停止したときは冷ブラインを自動的にバイパスさせ、混合糖液の凍結を防止するようにしてある。
上記の場合、圧縮機駆動用動力費を必要とするが冷ブラインを得るための冷凍機は不用である。
【００２８】
図２には、本発明のビールを含む炭酸含飲料製造工場における工場排熱を回収利用する省エネルギーシステムをビール製造工場に適用した場合の概略の構成が示してあるが、この場合の省エネルギーシステムは図に見るように、熟成ビールの冷却工程１０ｂと、ろ過工程１１ｂと壜詰め若しくは缶詰め工程１２と、加熱工程１３と包装工程１４とよりなる最終生産段階において、麦汁煮沸時の排熱蒸気を導入して得られた高温水を加熱工程１３へ出力する加熱部１５ｂと、加熱工程１３よりの排熱を導入して得られた冷ブラインを冷却工程１０ｂへ出力する冷却部２０ｂとより構成する。
【００２９】
上記加熱部１５ｂは圧縮機１６ｂと凝縮器１７ｂよりなる圧縮式ヒートポンプ１９ｂと熱交換器１８ｂとよりなり、冷却工程の前段の麦汁煮沸時の排熱蒸気を圧縮機１６ｂで圧縮してその圧縮蒸気を凝縮器１７ｂで凝縮して温水を得るようにし更にその温水を熱交換器１８ｂを介して麦汁煮沸時の排熱蒸気等の工場排熱により加熱して加熱工程に使用する高温水を得るようにしてある。
上記の場合、圧縮機駆動用動力費を必要とするが高温水を得るための加熱用蒸気ないし熱源は不用である。
【００３０】
上記冷却部２０ｂは圧縮機２１ｂと蒸発器２２ｂとよりなる圧縮式ヒートポンプ２３ｂと熱交換器２４ｂとよりなり、加熱工程１３での排熱を圧縮機２１ｂへ導入し蒸発器２２ｂの蒸発潜熱との熱交換により−１〜１℃の冷ブラインを得て熱交換器２４ｂで製品原水である熟成ビールを凍結前の低温に冷却維持するようにしてある。
なお、冷ブラインの循環路２５ｂには図示してない蓄熱槽を設け、同じく不図示の三方混合弁を介して負荷が変動し熟成ビールの供給が停止したときは冷ブラインを自動的にバイパスさせ、熟成ビールの凍結を防止するようにしてある。
上記の場合、圧縮機駆動用動力費を必要とするが冷ブラインを得るための冷凍機は不用である。
【００３１】
図３には、図１、図２の冷却部の別の実施例を示す図で、この場合は冷却部には図に示すように吸着式冷凍機３０を使用し、該冷凍機の熱源側に加熱工程１３の加熱排水を熱源水として導入させ、導入により奪熱された奪熱水を冷却塔３１を介して吸着式冷凍機３０の冷却側に導入して更に冷却された冷ブライン水を冷却工程１０ａ、１０ｂで使用するようにしたものである。
なお、上記以外に吸収式冷凍機を使用し、該冷凍機の再生器側に高温排水を導入させ、蒸発器側より冷水を得るようにしても良い。
【００３２】
【発明の効果】
上記構成により、冷却工程と加熱工程とを持つ生産段階に区切り各段階において、ヒートポンプによる熱の移動を介して熱エネルギーの収支の釣り合いを図ることにより省エネルギーシステムを構築できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のビールを含む炭酸含飲料製造工場における工場排熱を回収利用する省エネルギーシステムを炭酸飲料製造工場に適用した場合の概略の構成を示す図である。
【図２】  本発明のビールを含む炭酸含飲料製造工場における工場排熱を回収利する省エネルギーシステムをビール製造工場に適用した場合の概略の構成を示す図である。
【図３】  図１、図２の冷却部の別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１０ａ、１０ｂ  冷却工程
１１ａ  カーボネーション工程
１１ｂ  ろ過工程
１２  瓶詰め工程
１３  加熱工程
１４  包装工程
１５ａ、１５ｂ  加熱部
１６ａ、１６ｂ  圧縮機
１７ａ、１７ｂ  凝縮器
１８ａ、１８ｂ、２４ａ、２４ｂ  熱交換器
１９ａ、１９ｂ、２３ａ、２３ｂ  圧縮式ヒートポンプ
２０ａ、２０ｂ  冷却部
２１ａ、２１ｂ  圧縮機
２２ａ、２２ｂ  蒸発器
２５ａ、２５ｂ  冷ブライン循環路
３０  吸着式冷凍機
３１  冷却塔
【図１】
0003810036.tif 000002
【図２】
0003810036.tif 000003
【図３】
0003810036.tif 000004