具有集成的热泵的巴氏杀菌装置及其方法.pdf

本发明涉及一种用于封闭容器中的液体的热处理的巴氏杀菌装置，所述巴氏杀菌装置包括加热区、巴氏杀菌区和冷却区，其中，每个区可包括一个或多个区段，且被充注液体的容器可从巴氏杀菌装置的入口被引导通过所有区段到达巴氏杀菌装置的出口，而且在区段中设有用于加热、巴氏杀菌和/或冷却的喷淋装置，其中，为了热回收的目的，一个或多个区段的喷淋液体收集在收集器皿中，且所述液体在各个区段之间以合适的方式交换，以用于加热或冷却目的。巴氏杀菌装置包括热泵，所述热泵借助于管路和传送单元连接到巴氏杀菌区的区段和冷却区的区段，使得冷却区的区段的液体量的热量的一部分可借助于该热泵传送到巴氏杀菌区的区段中。

1.  一种用于封闭容器中的液体的热处理的巴氏杀菌装置，所述巴氏杀菌装置包括加热区、巴氏杀菌区和冷却区，其中，每个区可包括一个或多个区段，且被充注液体的容器可从巴氏杀菌装置的入口被引导通过所有区段到达巴氏杀菌装置的出口，而且在区段中设有用于加热、巴氏杀菌和/或冷却的喷淋装置，其中，为了热回收，一个或多个区段的喷淋液体被收集在收集器皿中，且所述液体在各个区段之间以合适的方式交换，以用于加热或冷却目的，
其特征在于，
巴氏杀菌装置包括热泵，所述热泵借助于管路和传送单元以这种方式连接到巴氏杀菌区的区段和冷却区的区段，使得冷却区的区段的液体量的热量的一部分可借助于所述热泵传递到巴氏杀菌区的区段中。

2.  如权利要求1所述的巴氏杀菌装置，其特征在于，
a)传送单元和管路连接到巴氏杀菌区段的收集器皿，其中，所述管路通向热泵的热侧，所述管路与所述热泵的热侧热接触，且所述管路从那里在巴氏杀菌区段的喷淋装置之前向下游延伸；以及
b)另一传送单元和管路连接到冷却区段的收集器皿，其中，所述管路通向热泵的冷侧，所述管路与所述热泵的冷侧热接触，且所述管路从那里在冷却区段的喷淋装置之前向下游延伸，
其中，热泵的热侧是指被提供用于热量输出的一侧，冷侧是指被提供用于热量吸收的一侧。

3.  如权利要求2或3所述的巴氏杀菌装置，其特征在于，混合装置或混合部分设在喷淋装置的上游，新鲜水管路以及来自热泵的管路还通到所述混合装置或混合部分中。

4.  如权利要求1至3中任一所述的巴氏杀菌装置，其特征在于，经由热泵和合适的管路连接的冷却区的区段是未以同流换热的方式连接到巴氏杀菌区的区段的区段。

5.  如权利要求1至3中任一所述的巴氏杀菌装置，其特征在于，经由热泵连接的冷却区的区段是以同流换热的方式连接到巴氏杀菌区的区段的区段。

6.  如权利要求1至5中任一所述的巴氏杀菌装置，其特征在于，冷却区的一个以上的区段经由热泵和合适的管路连接到巴氏杀菌区的一个或多个区段，其中，冷却区的所述区段可提供被同流换热连接的区段或不具有同流换热连接的冷区段。

7.  一种用于对液体介质进行巴氏杀菌的方法，其中，使用了前述权利要求中任一所述的巴氏杀菌装置。

8.  如权利要求7所述的方法，其特征在于，来自热交换器且流到巴氏杀菌区段的液体使相应的区段的喷淋液体具有所需温度的最大值，在理想方式中，所述喷淋液体具有比所述所需温度低5°-15°的温度。

具有集成的热泵的巴氏杀菌装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种用于对被充注液体的容器例如饮料瓶或饮料罐进行巴氏杀菌的装置和方法。在这种情况下，热交换器的部分通过热泵实现，所述热泵设在巴氏杀菌区的一个或多个区段与冷却区的那些区段之间。
背景技术
用于在饮料工业中保存食品的巴氏杀菌系统和方法是公知的，且以多种方式使用。在这些系统的情况下，容器例如瓶、罐、袋等以大致连续的方式以准备好的流向或一个在另一个之后被传送通过巴氏杀菌装置。
这些巴氏杀菌装置和方法以这种方式实施：为了恰当的加热和冷却，被充注液体的容器被传送通过具有相应的下降温度的区段。也可被分段且温度大致保持在合适的高水平下的巴氏杀菌区定位在被分段的加热和冷却区之间。DE4314662A1、DE20317441U1、DE10042528A1、DE19908035A1或EP0430907B1描述了这些类型的巴氏杀菌装置和方法。在装置的内部，容器被用液体喷洒或淋浴，以实现加热、冷却或等温状态。
在这种情况下，巴氏杀菌过程或卫生消毒过程主要取决于温度和停留时间。由于封闭的容器的温度仅可以有限的方式增大，因此停留时间必须增长，这意味着巴氏杀菌装置结构非常大。在正常操作中，它们具有大的液体体积，所述大的液体体积具有高的能量储量。还公知的是，以合适的方式往复地传送加热和冷却区的区段的液体，以便回收尽可能多的热量。
理想过程的问题是，巴氏杀菌装置结构上必须非常大，以便以期望的同流换热(rekuperativen)方式冷却经过巴氏杀菌和充注的容器，然而，在理想方式中，仅可实现比第一加热区段的温度稍高的冷却温度。
为了节省能量以及具有更好的可控性，DE69414611T2提出了在正常操作中不要在巴氏杀菌区淋浴被充注的容器，并提出借助于合适的互连和收集液体的喷淋实现灵活的最优控制。由于在正常操作中在巴氏杀菌区中没有能量施加，因此可以假定，为了达到相同的保存效果，需要相当大的能量导入加热区，这意味着，整个装置的尺寸可能增大。
DE10351689A1提出以这种方式将巴氏杀菌系统连接到充注系统，使得容器充注被预加热，且封闭的容器以稍微升高的温度进入巴氏杀菌过程。这种类型的连接对于降低出口处的终端温度是有利的，然而，由于要充注的液体的温度在充注过程的上游肯定不能以任意的方式增大以防止严重的起泡等，因此，可传递的热量有限。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种结构改进的巴氏杀菌装置，与现有技术相比，所述巴氏杀菌装置在经济性或能量效率方面不存在缺点。
上述目的借助于本发明实现。本发明涉及一种用于封闭容器中的液体的热处理的巴氏杀菌装置，所述巴氏杀菌装置包括加热区、巴氏杀菌区和冷却区，其中，每个区可包括一个或多个区段。被充注液体的容器在正常操作中从巴氏杀菌装置的入口被传送通过所有区段到达巴氏杀菌装置的出口，其中，在区段中设有用于加热、巴氏杀菌和/或冷却的喷淋装置。为了热回收，一个或多个区段的喷淋液体被收集在收集器皿中，且所述液体在各个区段之间以合适的方式交换，以用于加热或冷却目的。在这种情况下，根据本发明的巴氏杀菌装置包括热泵，所述热泵借助于管路和传送单元以这种方式连接到巴氏杀菌区的区段和冷却区的区段，使得冷却区的区段的液体量的热量的一部分可借助于热泵传递到巴氏杀菌区的区段中。
巴氏杀菌装置的一种改进在于，
a)传送单元和管路连接到巴氏杀菌区段的收集器皿，其中，所述管路通向热泵的热侧，所述管路与所述热泵的热侧热接触，且所述管路从那里在巴氏杀菌区段的喷淋装置之前向下游延伸；以及
b)另一传送单元和管路连接到冷却区段的收集器皿，其中，所述管路通向热泵的冷侧，所述管路与所述热泵的冷侧热接触，且所述管路从那里在冷却区段的喷淋装置之前向下游延伸。
在这种情况下，热泵的热侧是指被提供用于热量输出的一侧，冷侧是指被提供用于热量吸收的一侧。
喷淋水的一部分的所述直接加热确定地向巴氏杀菌区段提供非常有效的热量输入，这是因为在下游没有使用热交换器。此外，易于通过与相应量的热水混合控制所需的温度。
一种改进在于，混合装置或混合部分设在喷淋装置的上游，新鲜水管路以及来自热泵的管路还通到所述混合装置或混合部分中。因此，即使在例如由于损坏引起中断的情况下，也可以以有效和非常简单的方式防止巴氏杀菌区中的过热。在较小的干扰的情况下，甚至不必对热泵的输出进行节流或暂时地断开回路。
基本上，具有两种有意义的互连变型。一方面，在一种变型中，借助于热泵和合适的管路连接的冷却区的区段是未以同流换热的方式连接到巴氏杀菌区的区段的区段。另一方面，在另一种变型中，经由热泵连接的冷却区的区段是以同流换热的方式连接到巴氏杀菌区的区段的区段。显然，组合方案也是可想到的，或具有考虑临时的边界气候条件的过程可能性。还存在这种类型的特殊的实施例，其中，冷却区的一个以上的区段经由热泵和合适的管路连接到巴氏杀菌区的一个或多个区段，其中，冷却区的所述区段可提供被同流换热连接的区段或不具有同流换热连接的冷区段。
本发明中还包括一种用于对液体介质进行巴氏杀菌的方法，其中，使用了根据前述的特殊实施例中任一实施例的巴氏杀菌装置。一种优化的变型是，来自热交换器且流到巴氏杀菌区段的液体使相应的区段的喷淋液体具有所需温度的最大值，在理想方式中，具有比该所需温度低5°-15°的温度。这种类型的方法变型的优点在于，热泵可以以恒定的输出连续地运行，且仅必须增加相当小的体积流量的热水。该体积流量作为循环液体从巴氏杀菌区段取出，且借助于外部热交换器以公知的方式被加热。
通过使用热泵，具有12℃的入口温度、31.8℃的出口温度和15m的原始长度的现有设计的巴氏杀菌装置可被构造成缩短大约3m。具有相同的入口温度的根据本发明的设计中的巴氏杀菌装置具有30.9℃的较低出口温度。这能够在不增加能量需求方面的操作成本的情况下实现。
附图说明
下面，借助于图1以示例性的方式概述巴氏杀菌装置和巴氏杀菌方法。
具体实施方式
图1中的示意性图示示出了巴氏杀菌装置1，该巴氏杀菌装置具有入口2、出口3和多个区段4-11。从左到右，已被传送到入口2中的示意性表示的容器依次行进通过加热区段4、加热区段5、巴氏杀菌区段6、7和8、冷却区段9、冷却区段10和冷区段11。区段4和10以及区段5和9以同流换热的方式互连，收集的喷淋水收集在其中，且借助于泵12并经由管路13传送到相应的其他区段并在那里借助于合适的现有的喷淋装置14喷淋。巴氏杀菌区段7和8中的喷淋水也被收集，并借助于喷淋装置15在同一区段中通过内部循环再一次被喷淋。为此，部分流16连续地被取出并被引导经过热交换器17，以用于加热，并随后在巴氏杀菌区段7和8中被喷淋。
可看出图1中的热泵18具有冷侧19和热侧20。冷区段11和巴氏杀菌区段6借助于热泵18以热方式间接连接。收集在冷区段11中的水被取出并传送到热泵18的冷侧19，在此，从其提取能量，使得较冷的水流回到冷区段11中并在那里直接被喷淋。以这种方式回收的可传递的能量部分在热泵18的热侧20释放给喷淋水，所述喷淋水已经由管路21和泵22从巴氏杀菌区段6的收集器皿23取出。在混合部分24中，来自热泵18的热的返回水以合适的方式与来自管路25的热水部分流和/或来自管路26的冷水部分流混合。
附图标记列表
1    巴氏杀菌装置
2    入口
3    出口
4    冷区段
5    冷区段
6    巴氏杀菌区段
7    巴氏杀菌区段
8    巴氏杀菌区段
9    冷却区段
10    冷却区段
11    冷区段
12    泵
13    管路
14    喷淋装置
15    喷淋装置
16    部分流
17    热交换器
18    热泵
19    热泵的冷侧
20    热泵的热侧
21    管路
22    泵
23    收集器皿
24    混合部分
25    管路
26    管路