УСТРОЙСТВО ПАСТЕРИЗАЦИИ С ИНТЕГРИРОВАННЫМ ТЕПЛОВЫМ НАСОСОМ И СПОСОБ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
PASTEURISATION DEVICE WITH INTEGRATED HEAT PUMP AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Изобретение касается устройства и способа пастеризации наполненных жидкостью емкостей, как, например, бутылок с напитками или металлических банок с напитками. При этом часть теплообмена реализуется благодаря тому, что между одним или несколькими сегментами зоны пастеризации и одним или несколькими сегментами зоны охлаждения предусмотрен тепловой насос.
Установки и способы пастеризации для придания продуктам питания стойкости при хранении известны и в широком применении при производстве напитков. В этих установках в готовом потоке или последовательно направляются емкости, как, например, бутылки, металлические банки, пакеты или им подобное, по существу, непрерывно через устройство пастеризации.
Эти устройства и способы пастеризации осуществляются таким образом, что для щадящего нагревания и охлаждения емкости, наполненные жидкостью, транспортируются через повышающие соответственно понижающие темперированные сегменты. Между сегментированной зоной нагревания и охлаждения расположена зона пастеризации, которая может быть также сегментирована, и в которой температура удерживается, по существу, на одном надлежащем высоком уровне. DE 4314662 A1, DE 20317441 U1, DE 10042528 A1, DE 199 08035 A1 или ЕР 0430907 В1 описывают подобного рода устройства и способы пастеризации. Внутри устройства емкости опрыскиваются или заливаются выше краев жидкостью для того, чтобы реализовать нагревание, охлаждение или изотермическое состояние.
Процесс пастеризации, соответственно санитарно-гигиеническая обработка, зависит при этом, по существу, от температуры и времени нахождения. Так как температура закрытых емкостей может быть повышена лишь ограниченно, то время пребывания должно быть увеличено, так что конструкция устройства пастеризации имеет очень большие размеры. Они вмещают, при эксплуатации согласно назначению, большой объем жидкости с одной и той же высокой энергоемкостью. Кроме того, известно, что жидкость сегментов зоны нагревания и охлаждения можно направлять подходящим образом туда и обратно для того, чтобы реализовать возможно большее повторное получение тепла.
Проблема идеального осуществления способа состоит теперь в том, что при желаемом рекуперативном охлаждении пастеризованных и наполненных емкостей устройства пастеризации должны выполняться конструктивно очень больших размеров, причем, однако, в идеальном случае должна быть достигнута только температура охлаждения, находящаяся несколько выше температуры первого сегмента нагревания.
Для сбережения энергии и лучшей возможности регулирования в DE 69414611 Т2 предлагается наполненные емкости в зоне пастеризации, в режиме нормальной эксплуатации, не заливать выше краев и посредством подходящего переключения и орошения улавливаемой жидкостью достигать гибкого и оптимального управления. Так как внесение энергии в зону пастеризации выпадает в режиме нормальной эксплуатации, следует предположить, что для достижения идентичного придания продуктам питания стойкости при хранении сопоставимое количество энергии должно быть внесено в зону нагревания так, что все устройство конструктивно скорее увеличится.
В DE 10351689 А1 предлагается переключать установку пастеризации с установкой охлаждения таким образом, что содержимое емкостей предварительно нагревается и укупоренные емкости со слегка повышенной температурой вступают в процесс пастеризации. Подобного рода переключение является преимущественным для снижения конечной температуры на выходе, правда, ограниченным является имеющее возможность переводиться количество тепла, так как уровень подаваемой жидкости не может произвольно понижаться в направлении, противоположном наполнению, в том числе, для того, чтобы уменьшить сильное пенообразование.
Задача изобретения состоит в создании конструктивно улучшенного устройства пастеризации, которое экономически и энергетически не имеет недостатков по отношению к известному уровню техники.
Эта задача решается согласно настоящему изобретению с помощью устройства пастеризации для термической обработки жидкостей, имеющихся в укупоренных емкостях, которое включает зону нагревания, зону пастеризации и зону охлаждения, причем каждая зона может состоять из одного или нескольких сегментов. Емкости, заполненные жидкостью, в соответствующем назначению режиме эксплуатации, транспортируются через все сегменты от впуска устройства пастеризации до его выпуска, причем для нагревания, пастеризации и/или охлаждения в сегментах предусмотрены устройства орошения. Для повторного получения тепла орошающая жидкость одного или нескольких сегментов собирается в улавливающие емкости и эта жидкость надлежащим образом обменивается между отдельными сегментами с целью нагревания или охлаждения. Соответствующее изобретению устройство пастеризации включает при этом тепловой насос, соединенный с сегментом зоны пастеризации и сегментом зоны охлаждения через трубопроводы и подающие агрегаты таким образом, что часть тепловой энергии объема жидкости сегмента зоны охлаждения с помощью этого теплового насоса может переводиться в сегмент зоны пастеризации.
Форма осуществления устройства пастеризации состоит в том, что с:
а. улавливающей емкостью сегмента пастеризации соединены один подающий агрегат и один трубопровод, причем трубопровод ведет к горячей стороне теплового насоса, с которым он находится в тепловом контакте, и этот трубопровод проходит оттуда, по нагнетательной стороне, в устройство орошения сегмента пастеризации, и с
b. улавливающей емкостью сегмента охлаждения соединены один другой подающий агрегат и один трубопровод, причем этот трубопровод ведет к холодной стороне теплового наоса, с которым он находится в тепловом контакте и этот трубопровод проходит оттуда, по нагнетательной стороне, в устройство орошения сегмента охлаждения.
При этом под горячей стороной теплового насоса подразумевается та сторона, которая предусмотрена для отдачи тепла, а под холодной стороной понимается та сторона, которая предусмотрена для приема тепла.
Это непосредственное нагревание части орошающей воды представляет собой очень эффективное внесение тепла в сегмент пастеризации, потому что по нагнетательной стороне не применяется теплообменник. Кроме того, регулирование заданной температуры можно просто реализовать путем смешивания с соответствующим количеством горячей воды.
Одно усовершенствование заключается в том, что по всасывающей стороне устройства орошения предусмотрено одно устройство смешивания или участок смешивания, в который наряду с проходящим от теплового насоса трубопроводом проходит трубопровод свежей воды. Тем самым в случае, например, перебоев, обусловленных повреждениями, перегревание в зоне пастеризации может быть предотвращено эффективно и очень просто. При небольших повреждениях допускается не регулировать дросселированием производительность теплового насоса или эпизодически отключать циркуляционный контур.
По существу два варианта переключения являются целесообразными. Во-первых, вариант, в котором соединенный через тепловой насос и надлежащие трубопроводы сегмент зоны охлаждения является одним сегментом, который соединен нерекуперативно с одним сегментом зоны пастеризации. Во-вторых, вариант, в котором соединенный через тепловой насос сегмент зоны охлаждения является одним сегментом, который соединен рекуперативно с одним сегментом зоны пастеризации. Естественно, допускаются также комбинации или возможны осуществления способа, которые учитывают временные климатические граничные условия. Одна подобная форма осуществления заключается в том, что более чем один сегмент зоны охлаждения через один тепловой насос и надлежащие трубопроводы соединены с одним или несколькими сегментами зоны пастеризации, причем эти сегменты зоны охлаждения могут представлять собой рекуперативно соединенные сегменты или холодильные сегменты без рекуперативного соединения.
Изобретение включает также способ пастеризации жидкими средами, при котором применяется одно устройство пастеризации согласно любой из выше названных форм осуществления. Один оптимизированный вариант заключается в том, что жидкость, которая приходит от теплообменника и течет к одному сегменту пастеризации, максимально - имеет заданную температуру орошающей жидкости соответствующего сегмента, а идеальным образом имеет температуру, которая на 5-15° ниже этой заданной температуры. Подобного рода вариант способа имеет то преимущество, что тепловой насос может непрерывно работать с производительностью, остающейся всегда одинаковой, и должен быть добавлен лишь сравнительно малый объемный поток горячей воды. Этот объемный поток отбирается как жидкость циркуляционного контура у сегмента пастеризации и нагревается известным образом с помощью внешнего теплообменника.
Устройство пастеризации известного конструктивного исполнения, с температурой на входе 12°С и температурой на выходе 31,8°С, имеющее первоначальную длину 15 м, благодаря применению одного теплового насоса может быть укорочено почти на 3 м. Устройство пастеризации, в соответствующей изобретению конструктивной форме, имеет при идентичной температуре на входе даже более низкую температуру на выходе - 30,9°С. Это могло быть реализовано без повышения энергопотребления при эксплуатации.
На чертеже представлено в качестве примера одно устройство пастеризации и один способ пастеризации.
Схематичное изображение на чертеже показывает устройство 1 пастеризации, имеющее один вход 2, один выход 3 и множество сегментов 4-11. Слева направо, таким образом, поданные и схематично представленные сосуды проходят сегмент нагревания 4, сегмент нагревания 5, сегменты пастеризации 6, 7 и 8, сегмент охлаждения 9, сегмент охлаждения 10 и холодильный сегмент 11. Сегменты 4 и 10, а также сегменты 5 и 9 соединены друг с другом рекуперативно так, что орошающая вода улавливается и с помощью насосов 12 подается по трубопроводам 13 к соответственно другому сегменту и там посредством надлежащих и известных устройств 14 орошения разбрызгивается. Орошающая вода улавливается также в сегментах 7 и 8 пастеризации и как внутренний циркуляционный контур в том же самом сегменте снова разбрызгивается через устройства 15 орошения.
Кроме того, непрерывно отбирается отдельный поток 16 и для нагревания направляется через один теплообменник 17, а затем разбрызгивается в сегментах 7 и 8 пастеризации.
На чертеже представлен тепловой насос 18 с одной холодной стороной 19 и одной горячей стороной 20. Через тепловой насос 18 термически косвенно соединены сегмент 11 охлаждения и сегмент 6 пастеризации. Собранная в холодильном сегменте 11 вода отбирается и подается к холодной стороне 19 теплового насоса 18, где у нее отбирается энергия, так что более холодная вода течет назад в холодильный сегмент 11 и там непосредственно разбрызгивается. Полученная таким образом и имеющая возможность перемещаться доля энергии на горячей стороне 20 теплового насоса 18 отдается орошающей воде, которая через трубопровод 21 и насос 22 отобралась из улавливающего бака 23 сегмента 6 пастеризации. На участке 24 смешивания приходящая от теплового насоса 18 горячая обратная вода смешивается надлежащим образом с отдельным потоком горячей воды из трубопровода 25 и/или отдельным потоком холодной воды из трубопровода 26.
Перечень позиций
1 Устройство пастеризации
2 Вход
3 Выход
4 Холодильный сегмент
5 Холодильный сегмент
6 Сегмент пастеризации
7 Сегмент пастеризации
8 Сегмент пастеризации
9 Сегмент охлаждения
10 Сегмент охлаждения
11 Холодильный сегмент
12 Насос
13 Трубопровод
14 Устройство орошения
15 Устройство орошения
16 Отдельный поток
17 Теплообменник
18 Тепловой насос
19 Холодная сторона теплового насоса
20 Горячая сторона теплового насоса
21 Трубопровод
22 Насос
23 Улавливающая емкость
24 Участок смешивания
25 Трубопровод
26 Трубопровод