用于冷却发酵和/或储藏罐的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及用于冷却（特别是夹套冷却（jacket cooling))、特别是在发酵 阶段和降温阶段（特别是在啤酒生产中）冷却一个和/或多个发酵和/或储藏罐的装置和 方法。
【背景技术】
[0002] 在发酵液体食品（特别是啤酒）的制造中，发酵过程是在预定的时间段、在预定 的固定温度变程（march of temperature)下（例如，+20°C的最高温度下）进行的，这根 据生产方法的不同而不同并且例如借助于发酵图表进行记录。在发酵过程中，添加至麦 芽汁的酵母将所含的糖转化成酒精、CO 2和热（一旦酵母添加至麦芽汁且发酵过程开始， 麦芽汁被称作生啤）。利用上部发酵酵母（t〇P-fermented yeast)，最优的发酵温度为高 于13°C，大多数情况下甚至高于18°C，典型地甚至高至25°C。然而，对于底部发酵酵母 (bottom-fermented yeast)，在典型方法中采用6°C和18°C之间的温度。如果使用顶部发 酵酵母，则主发酵过程将会持续大约三天至五天，如果使用底部发酵酵母，则通常将会持续 更长（有时会达到大约十天至十二天）。在工业过程中，发酵过程（至少主发酵过程）通 常在闭合的圆筒-锥形罐中进行。为了在发酵阶段的整个时间段内均保持这些发酵罐的温 度恒定，或者为了借助于给定的温度曲线（temperature profile)通过开环或闭环控制来 控制这些发酵罐的温度，因此必须持续地移除产生的热。为此，在发酵阶段对发酵罐持续冷 却。
[0003] 除了几乎没有有效的空间进行冷却以外，通常经由安装于罐的外部的冷却装置 (即，热交换器）对发酵和/或储藏罐进行夹套冷却。在该过程中，经由从外部安装于筒状 夹套和/或锥体的冷却面移除排出的发酵热。为此所要求的制冷能力由根据待被发酵的麦 芽汁的量、提取物降解率和发酵时间而由采用的制造工艺确定，并且可以通过以下公式算 出：制冷能力={麦芽汁的量[hl]X提取物降解率[1^/1!1]\135[1?^1/1^]}/发酵时间
[0004] 在啤酒生产中，主发酵过程通常跟随有二次发酵阶段和降温阶段，在降温阶段中， 发酵和/或储藏罐的温度会从发酵阶段的温度（例如，+20°c )降至储藏温度（例如，-rc 至+3°C )，或者较高的二次发酵温度（例如，+2°C至+4°C )。通常，即在典型的方法中，发 酵罐在二次发酵期间已经降温了。然而，应当注意，在二次发酵阶段中温度升高时，仍然存 在发酵过程。因而，可能通过酵母使在主发酵阶段形成的发酵副产品快速地降解。然而， 根据制造工艺，二次发酵还可以在储藏窖中的另一罐（例如第二圆筒-锥形罐）或横卧罐 (lying tank)内进行并因而独立于主发酵。根据主发酵、二次发酵和储藏是否在同一罐中 进行，这被称作单罐工艺或两罐工艺。在两罐工艺中，从一个罐（例如，主发酵）进入另一 罐（二次发酵和储藏）的循环工艺步骤被称作"管涌（piping)"。在这种情况下，在大多数 情况下，在进行主发酵的罐中温度已经被降至管路温度（pipe temperature)，管路温度可 以为例如+2°C至+4°C。在进行二次发酵和储藏的罐中，用于二次发酵的期望的温度必须维 持为或降至储藏温度（例如，-1°C至+3°C)。此外，还存在在第一罐中进行主发酵和二次 发酵，在第二罐中进行储藏的两罐工艺。这里，生啤在第一罐中发酵完全，其中降至储藏温 度（例如，-l°c至+3°C)的降温通常也在该第一罐中进行。在第二罐中，仅必须维持储藏 温度。在单罐工艺中，通常将罐称作用于主发酵工艺、二次发酵工艺和储藏工艺的通用罐 (uni-tank)。通常，构造圆筒-锥形罐，使得它们可以选择性地用作发酵罐和储藏罐两者。
[0005] 因而，发酵液体食品（特别是啤酒）的制造过程被分成两个阶段，这对所使用的冷 却系统和制冷设备提出不同的需求：在第一阶段、发酵阶段，必须在整个特定时间段（例 如，几天）内使发酵罐的温度保持恒定在最优的发酵温度。相比之下，在第二阶段、即降温 阶段，在由生产者限定的时间段内将生啤从发酵温度降至明显较低的储藏温度或管涌温度 (例如，每小时降1°C )。因此，传统的制冷设备设置有在不同的入口温度下操作的两个单独 的冷却装置，该冷却装置具有单独的冷却面，例如锥体处的夹套冷却和管路冷却。这里，不 同的散热器（即，热交换器）的不同的入口温度是如下地达到的：当使用压缩制冷机时经由 背压阀达到，或者通过向较低温度的副冷却剂添加较高温度的副冷却剂来达到。而二次发 酵和冷却还可以在发酵罐中被直接地执行，因而现有技术一般提供了具有用于两个阶段的 单独的冷却回路的单独的冷却装置。
[0006] 对于上述冷却，现代酿酒厂通常使用一个或几个压缩制冷机，该一个或几个压缩 制冷机除了包括热交换器（蒸发器）以外，还包括用于压缩气态制冷剂的压缩机。被压缩的 制冷剂从压缩机引至另一热交换器（冷凝器），在冷凝器处，被压缩的制冷剂在排出热的同 时冷凝。同时，液体制冷剂经由节流阀（膨胀阀）或毛细管扩展，并随后返回至蒸发器。压 缩制冷机的能量消耗主要由所采用的压缩机的最终压力与吸入压力之间的压力比及性能 系数（COP)确定。蒸发器温度与冷凝器温度之间的差越大，对压缩机的性能要求越高。在 啤酒厂的传统的制冷设备中，上述两个冷却阶段均经由具有单独的槽（即，罐）的单独的制 冷设备来实现，或者作为选择，利用制冷设备在所要求的最低蒸发器温度下操作单个罐。然 而，在第一个情况下，由此增加了投资成本，而在第二个情况下，归因于冷凝器温度和蒸发 器温度之间较大的差操作成本会增加。
[0007] 因而，本实用新型的目的在于，确保在不产生上述缺点的情况下，使发酵和/或储 藏罐或者几个（至少两个）发酵和/或储藏罐的罐场在发酵阶段及降温阶段的冷却有效且 节能。总的来说，该目的包括降低在发酵液体食品的制造中所采用的制冷设备的能量消 耗。 【实用新型内容】
[0008] 在啤酒厂的传统的制冷设备中，上述两个冷却阶段均经由具有单独的槽（即，罐） 的单独的制冷设备来实现，或者作为选择，利用制冷设备在所要求的最低蒸发器温度下操 作单个罐。然而，在第一个情况下，由此增加了投资成本，而在第二个情况下，归因于冷凝器 温度和蒸发器温度之间较大的差操作成本会增加。
[0009] 本实用新型的目的在于，确保在不产生上述缺点的情况下，使发酵和/或储藏罐 或者几个（至少两个）发酵和/或储藏罐的罐场在发酵阶段及降温阶段的冷却有效且节 能。总的来说，该目的包括降低在发酵液体食品的制造中所采用的制冷设备的能量消耗。 [0010] 上述目的通过用于冷却发酵和/或储藏罐的装置来实现，该装置包括：
[0011] 至少一个热交换器，该至少一个热交换器被设计成将热从所述发酵和/或储藏罐 传递至冷却介质，
[0012] 至少一个制冷设备，该至少一个制冷设备与所述热交换器连接，
[0013] 所述制冷设备包括具有第一压缩机的第一温度支路和具有第二压缩机的第二温 度支路，并且
[0014] 所述制冷设备与所述热交换器连接，使得所述冷却介质能够先后选择性地在第一 温度下从所述第一温度支路供给至所述热交换器和在与所述第一温度不同的第二温度下 从所述第二温度支路供给至同一热交换器。
[0015] 根据本实用新型，装置为用于夹套冷却发酵和/或储藏罐的装置，其中至少一个 热交换器从外侧安装于发酵和/或储藏罐。另外或作为选择，还可以将该至少一个热交换 器安装在发酵和/或储藏罐的内侧。接着，单个热交换器或者两个或几个热交换器的组可 以用于冷却，在冷却介质的相同温度下操作两个或几个热交换器的组。因而，根据本实用 新型，为了在液体（诸如麦芽汁、生啤等）的发酵期间移除与工艺相关的发酵热，并且为了 利用具有两个不同温度的冷却介质冷却该液体，利用一个且相同的至少一个热交换器来操 作一个且相同的发酵和/或储藏罐。在该过程中，根据一个或几个控制阀的位置，冷却介质 选择性地先后（即，在单独的阶段）在第一温度或第二温度下供给至相同的该至少一个热 交换器。本实用新型还包括具有几个发酵和/或储藏罐的设备，各发酵和/或储藏罐均包 括根据本实用新型的在冷却介质的两个不同温度下操作的至少一个热交换器。特别地，本 实用新型包括如下罐场：该罐场包括几个发酵和/或储藏罐，该几个发酵和/或储藏罐均在 制造工艺的不同阶段或子阶段（即，发酵阶段和冷却阶段）中被操作。
[0016] 根据冷却介质为待被蒸发的制冷剂（直接冷却，详见下文）或液体副冷却剂（间 接冷却，也详见下文），可以将热交换器设计为蒸发器或液体换热器。作为蒸发器，可以将 热交换器设计为竖管式蒸发器（vertical tube evaporator)、壳管式蒸发器（shell and tube evaporator)、加肋管式蒸发器（ribbed tube evaporator)、螺旋管式蒸发器（coiled tube evaporator)、板式蒸发器（plate evaporator)、冷却袋（特别是枕板式冷却袋）（参 见下文）或任意熟知的设计。特别地，热交换器可以为具有制冷剂注射的热交换器、即具有 干膨胀件（dry expansion)的蒸发器，其装配有位于入口处的节流构件并且被设计为制冷 剂在出口处完全蒸发且过热。作为液体换热器，可以采用板式热交换器、螺旋式热交换器、 管式热交换器、筒式热交换器、U字形管式热交换器、夹套管式热交换器等。这里，所提及 的设计中的一些设计可以用于直接冷却和间接冷却两者，即可以用作蒸发器或液体热交换 器。另外，作为选择或另外，可以将热交换器安装在发酵和/或储藏罐内。
[0017] 根据本实用新型，热交换器连接（即，经由管路连接）有至少一个制冷设备，制冷 设备包括至少一条第一温度支路和一条第二温度支路。这里，一个或几个单独的制冷设备 (参见下文）可以与热交换器连接。这里，至少两条温度支路中的每条温度支路均包括压 缩机，可以特别选择该压缩机的操作参数（特别是最终压力与吸入压力的压力比，即压缩 度），使得冷却介质可以在第一温度下从第一温度支路供给至热交换器，并且在与第一温度 不同的第二温度下从第二温度支路供给至同一热交换器。特别地，可以根据最优的性能系 数（COP)(即，制冷能力与电功率的最优比）所要求的压力比来选择对应的压缩机。因而， 根据本实用新型，通过提供如下一条单独的温度支路，可以使整个装置