用于冷却发酵和/或储藏罐的装置的制造方法_2

文档序号:10208868阅读:来源:国知局
的电功率最优化:该 温度支路具有根据冷却介质的期望温度所选择的压缩机。特别地,可以根据技术规格(诸 如热交换器的热传递系数和表面热传递系数以及发酵阶段所要求的制冷能力等)来选择 第一温度,可以与热交换器的规格和用于在限定时间内对发酵和/或储藏罐降温所要求的 制冷能力对应地确定第二温度。通常、但特别是在啤酒生产中,第二温度实质上比第一温度 低(也详见以下示例),使得第一温度支路的蒸发器温度和冷凝器温度之间的温度差实质 上比第二温度支路的对应的温度差低。
[0018] 然而,通过较低的冷凝器温度和/或较高的蒸发器温度而使温度差的减小与对应 的压缩机的电驱动功率的降低相等,因而用于节约能量。通常,由于冷凝器温度是由环境温 度或另一冷却介质的温度确定的,所以本实用新型利用如下事实:为了节约电能,对于维持 发酵温度恒定,使冷却介质的温度实质上比降温阶段的冷却介质的温度高已是足够的。
[0019] 作为压缩机,可以使用特别是活塞式压缩机、螺杆式压缩机、转动活塞式压缩机、 回转活塞式压缩机和涡轮式压缩机。另外,各温度支路均可以含有单独的液化器(冷凝 器),在该液化器中,在排出热至周围区域的同时冷凝被压缩的冷却介质,或者冷凝另一冷 却介质。作为选择,特别是在操作一个单独的发酵和/或储藏罐之时,制冷设备可以包括 用于第一温度支路和第二温度支路的共同冷凝器,其中,以交替的方式操作压缩机。作为 冷凝器,可以使用熟知类型的冷凝器,特别地,可以使用水冷却式冷凝器(诸如管式冷凝 器等)、空气冷却式冷凝器或蒸发式冷凝器。根据本实用新型的装置还包括使热交换器与 该至少一个冷凝器分开的节流装置(特别是采用膨胀阀的方式)。如果将制冷剂用作冷却 介质,即如果将直接蒸发器用作热交换器,则有利地,节流装置直接安装在热交换器的入口 处。如果将具有干膨胀件的蒸发器用作热交换器,则特别地,可以使用能够机械控制或电动 控制的恒温膨胀阀。在机械控制的情况下,毛细探头可以用于对应的管路(特别是在蒸发 器的出口处),在该处,通过封闭的毛细液体(capillary liquid)的压力来控制注射阀/膨 胀阀的行程以及注入蒸发器的质量流(mass flow)。这里,将正离开的制冷剂的过热用作被 控制的变量。
[0020] 在可选的实施方式中,还可以将该至少一个制冷设备设计为吸收冷却设备,其中 吸收器、温度变换器和锅炉替代压缩机。这里,在热交换器中蒸发的制冷剂在吸收器中溶解 于液体(通常为水)中,经由单独的冷却回路来移除溶解产生的热。富有制冷剂的液体经 由温度变换器供应至锅炉,在温度变换器处,溶解的制冷剂通过加热而被再次排出。排出 的制冷剂随后在冷凝器中被再次冷凝。在该过程中,从锅炉流回至吸收器且耗尽了制冷剂 的液体经由温度变换器对位于锅炉的入口处且富有制冷剂的液体加热。根据本实用新型, 制冷剂在不同的返回温度下、在第一温度支路和第二温度支路中从热交换器供给至各吸收 器,使得可以将用于吸收器的吸收/溶解所要求的冷却优化成对应的返回温度。与仅具有 一条温度支路的现有技术相比,这采用在吸收器处不要求制冷能力的方式节约了能量。
[0021] 如果将以液体的形式流过热交换器的副冷却剂用作冷却介质,则可以将第一温度 支路和第二温度支路均设计为压缩制冷机的完整温度回路,该完整温度回路包括压缩机、 冷凝器、节流装置和蒸发器,在该对应的蒸发器中蒸发作为与副冷却剂不同的第二冷却介 质的至少一种制冷剂,同时将冷传递至随后被从对应的蒸发器供给至热交换器的副冷却 剂。因而,如果将副冷却剂用作冷却介质,则根据本实用新型的装置设置有两条联接的冷却 回路,当在热交换器中被加热的副冷却剂流过对应的蒸发器时,作为压缩制冷机的一部分 的第一温度支路和第二温度支路将该副冷却剂降至所述第一温度或所述第二温度。
[0022] 这里,副冷却剂为受热不蒸发的冷却介质。随着副冷却剂在热传递期间被加热,必 须使其再次降温(间接冷却)。根据本实用新型,通过制冷设备的两个单独的温度支路将副 冷却剂降至第一温度或第二温度。由此,类似地将制冷剂和蒸发器用作热交换器,通过使用 对期望的温度和期望的压力均最优的压缩机,可以节约能量。作为副冷却剂,这里仅防结霜 冷却介质,即在整个冷却回路中以液体的形式存在的冷却介质,可以考虑无侵蚀性的冷却 介质(特别是乙二醇和无氯惰性胶体溶液(chlorine-free noble colloidal solution))。 其它可能的副冷却剂为抑制性乙二醇、乙二醇水(ethylene-glycol water,EWG)和丙二醇 水(propylene glycol water,PWG)。本实用新型不限于这里所提及的冷却介质。
[0023] 当使用间接冷却时,所采用的节流设施或膨胀阀位于对应的蒸发器的入口处,而 在副冷却剂回路中,只有控制阀和可能的栗控制副冷却剂至热交换器的流动。特别地,不 论制冷剂是用于热交换器中的直接蒸发还是用作至少第二冷却介质,均可以将R717氨用 作制冷剂(参见下文),在对应的蒸发器中,冷从该制冷剂传递至间接冷却中所采用的副冷 却剂。例如,其它的制冷剂为R290丙烷、R744二氧化碳、丁烷、碳氟化合物(FC)、部分卤化 的碳氟化合物(HFC)(诸如R134A (四氟乙烷)、R507、R407C和R404A等)以及碳氢化合物 (诸如丙烯、异丁烷和丙烷等)。除了单组分制冷剂以外,还可以采用制冷剂混合物。这里, 共沸混合物与具有温度滑移(temperature glide)的混合物是有区别的。本实用新型不限 于这里所提及的制冷剂。
[0024] 另外,制冷设备和/或第一温度支路及第二温度支路(特别是在间接冷却中) 可以含有用于优化制冷能力的其它元件。特别地,可以将所采用的压缩制冷机的冷却回 路设计为具有分离器和栗循环(pump circulation)的一段式制冷设备、具有节能装置 (economizer)的制冷设备、具有内热交换器和/或除热器(deheater)的制冷设备或者两段 式或多段式制冷设备,在该两段式或多段式制冷设备中,每条温度支路具有相应的压缩机。 这里,除了压缩机以外,可以为每条温度支路单独地设计或为所有温度支路一起设计诸如 分离器、冷凝器和节能装置等的所有其它部件。在可选的进一步发展中,特别是在用于间接 冷却的进一步发展中,还可以将第一温度支路和第二温度支路实现在空间上分离的制冷设 备中。如果冷却介质在第一温度或第二温度下利用单独的最优压缩机从第一温度支路或第 二温度支路供给至热交换器,则不论该冷却介质是直接从压缩机作为待被蒸发的制冷剂还 是通过一个或几个蒸发器利用热交换间接地作为待被蒸发的制冷剂,在每个情况下均能实 现所要求的电能节约效果。
[0025] 根据进一步的发展,所述热交换器包括冷却袋,特别地,所述热交换器包括枕板式 冷却袋。这里,一个或几个冷却袋安装于发酵和/或储藏罐的外部(特别是圆筒-锥形发 酵和/或储藏罐的锥体区域,但是还可以安装于罐体)。优选地,为了得到根据本实用新型 的高效的装置,当设计冷却袋时,遵照冷却袋的优选适当的几何形状是重要的。为此,将通 常包括薄的金属表面的枕板用作冷却袋使用是特别有效的,该薄的金属表面通过点焊与较 厚的片金属的表面连接。在焊接时,对封闭的空间加压,使得薄的片金属在焊点周围鼓起, 由此建立用于供冷却介质流过的空间。
[0026] 冷却袋可以安装在发酵和/或储藏罐上的不同冷却区域。这里,各冷却袋通常均 装配有截流阀。位于发酵和/或储藏罐处的冷却袋的设计必须采用如下方式:产生的发酵 热可能处于制冷剂或副冷却剂的对应的较高的第一温度高(例如,+5°C)。通常,通过必 须在实质上较短的时间内移除对应量的热的降温过程来限定位于罐处的冷却区域或冷却 袋的设计,使得被设计用于降温过程的冷却袋同样自动地适用于发酵热的移除。
[0027] 由于枕板式冷却袋的几何形状(例如,3mm至4mm的自由内径)会在被注入的制 冷剂(特别是氨)的蒸发期间归因于由此导致的体积增大而使在冷却袋中的气体具有高流 速,所以使用与本实用新型相关的一个或几个枕板式冷却袋是特别有利的。归因于气体的 高流速,由于冷却袋中的高流速而使位于制冷剂中的油(例如,用于润滑压缩机的油)被夹 带,所以防止了该油堆积在冷却袋中。
[0028] 根据另一进一步的发展,用于冷却发酵和/或储藏罐的装置包括再循环装置,所 述再循环装置被设计成将所述冷却介质从所述热交换器供给至所述制冷设备,
[0029] 所述再循环装置包括第一切换装置以及第一返回线路和第二返回线路,
[0030] 所述第一返回线路被设计成将所述冷却介质从所述第一切换装置供给至所述第 一温度支路,并且
[0031] 所述第二返回线路被设计成将所述冷却介质从所述第一切换装置供给至所述第 二温度支路。
[0032] 这里,可以将第一切换装置直接安装于热交换器的出口。根据热交换器中所要求 的制冷能力,即根据经由第一切换装置流过热交换器的冷却介质的温度,可以如此控制第 一切换装置:使冷却介质经由第一返回线路选择性地供给回第一温度回路,或者使冷却介 质经由第二返回线路选择性地供给回第二温度回路。因而,第一切换装置实现了将包括制 冷设备和热交换器的冷却回路分成多个温度支路,该温度支路具体地用于特定温度的冷却 介质,即用于发酵和/或储藏过程的具体阶段,并且该温度支路以第一温度支路和第二温 度支路的方式在制冷设备中继续。因此,可以选择性地采用具有对应温度的冷却介质。如 果使用待被蒸发的制冷剂(例如,氨),则制冷剂在根据对应的压缩机的压力比而被控制的 不同的压力或不同的返回温度下存在于第一返回线路或第二返回线路中。这里,为了避免 随后制冷剂在制冷剂返回中蒸发,可以控制制冷剂至热交换器的注入,使得制冷剂以基本 上气态的形式返回。这可以通过检查、配量(dosage)和控制制冷剂在热交换器中的流动 来实现。当使用根据本实用新型的装置用于操作罐场(其中,不同的罐正经历着不同的阶 段)时,可以通过每个罐使用一个切换装置而仅利用两条返回线路(在多于两个温度的情 况下,返回线路的条数也相应地增多)来实现在对应的热交换器中被加热的冷却介质的同 时返回,使得投入成本降低。
[0033] 这里及以下,作为切换装置,可以使用被实施为将流体(特别是冷却介质)从供给 线路选择性地供给至第一出口线路或第二出口线路的任何切换装置(用于将一条线路分 成两条线路且促进选择的切换装置),或者可以使用被实施为将流体(特别
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