節能型飲料高溫殺菌及冷卻系統的製作方法

2023-11-01 13:31:32 2

節能型飲料高溫殺菌及冷卻系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種節能型飲料高溫殺菌及冷卻系統，按照生產流程飲料依次經過加熱段、高溫滅菌段、第一冷卻段、再加熱段以及第二冷卻段，所述加熱段上按照飲料流向依次設有低溫換熱器、與鍋爐相連的高溫換熱器，所述第二冷卻段上按照飲料流向依次設有第一冷卻器、與冰水相連的第二冷卻器，第一冷卻器與熱泵循環相連，所述熱泵和所述低溫換熱器通過循環管相連，若所述低溫換熱器和所述熱泵均大於一個時，所述熱泵和低溫換熱器間的連接原則為：根據與所述熱泵相連的第一冷卻器以及所述低溫換熱器所處飲料的溫度高低，熱泵與低溫換熱器間根據高溫處對應高溫處、低溫處對應低溫處的順序依次相連。本發明在加熱及冷卻部分實現內部能量循環，節省了外部能源的消耗，實現節能環保。
【專利說明】節能型飲料高溫殺菌及冷卻系統

【技術領域】
[0001]本發明涉及飲料加工行業的高溫殺菌消毒加熱及冷卻系統，特別是涉及一種節能型飲料高溫殺菌及冷卻系統。

【背景技術】
[0002]我國年生產各種飲料超過I億噸，平均每噸飲料用於高溫殺菌的燃料消耗相當於標煤30公斤左右，每年用於高溫殺菌的燃料總計300萬噸標煤，折合成天然氣等燃料後，其直接經濟價值為數十億元人民幣，因此而產生的二氧化碳和各種汙染物排放量巨大。
[0003]目前，飲料的高溫殺菌及冷卻過程為(見圖1所示):常溫飲料進入設備，順次經過加熱段1、高溫延遲殺菌段、第一冷卻段2、再加熱段3以及第二冷卻段4，具體地:通過100C以上的高溫熱水換熱，將飲料加熱到100°c以上(即加熱段1，使飲料溫度從15°c加熱到137°C )，進入殺菌管道進行延時殺菌，之後進入冷卻管道，通過冷卻塔的冷水進行換熱降溫(即第一冷卻段2，使飲料溫度冷卻至86°C )，冷卻至罐裝溫度86°C排出殺菌機，注入飲料瓶進行倒瓶殺菌，倒瓶放置自然冷卻到70°C左右，再加熱至75°C，然後進入噴淋式冷卻設備(即第二冷卻段4，使飲料溫度從75°C冷卻至20°C)，冷卻至常溫後完成。其中加熱段I的加熱是使用鍋爐7產生的蒸汽作為熱源，通過板式換熱器轉換為100°C以上的熱水進行加熱，而第二冷卻段4的冷卻則使用冷卻塔5以及螺杆制冷機6進行冷卻，整個過程均通過外部能源來實現加熱和冷卻。飲料在進入設備及從設備中輸出時都為常溫，系統中消耗天然氣產生的熱量最終被電能驅動的冷卻系統帶走而浪費。
[0004]在以上過程中，飲料的加熱主要靠外部熱源(鍋爐蒸汽)，飲料的冷卻主要靠外部冷源(冷卻塔等)。這些能源的使用均靠外部供給，能源消耗大，如何構造一條能節省能源的飲料高溫殺菌及冷卻系統，成為目前的重要課題。


【發明內容】

[0005]鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種節能型飲料高溫殺菌及冷卻系統，用於解決現有技術中飲料在高溫殺菌和冷卻時能耗大，不節能的問題。
[0006]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種節能型飲料高溫殺菌及冷卻系統，按照生產流程飲料依次經過加熱段、高溫滅菌段、第一冷卻段、再加熱段以及第二冷卻段，所述加熱段上按照飲料流向依次設有低溫換熱器、與鍋爐相連的高溫換熱器，所述第二冷卻段上按照飲料流向依次設有第一冷卻器、與冰水相連的第二冷卻器，第一冷卻器與熱泵循環相連，所述熱泵和所述低溫換熱器通過循環管相連，若所述低溫換熱器和所述熱泵均大於一個時，所述熱泵和低溫換熱器間的連接原則為:根據與所述熱泵相連的第一冷卻器以及所述低溫換熱器所處飲料的溫度高低，熱泵與低溫換熱器間根據高溫處對應高溫處、低溫處對應低溫處的順序依次相連。
[0007]優選的，所述第一冷卻段上設有多個冷卻換熱器，其中一個冷卻換熱器與所述再加熱段的加熱換熱器通過循環管相連。
[0008]優選的，所述低溫換熱器與所述第一冷卻器的個數均大於兩個且數目相同時，所述第一冷卻器與所述熱泵個數相同且一一對應相連，所述熱泵與所述低溫換熱器間一一對應相連。
[0009]進一步的，所述第一冷卻器的個數大於所述熱泵的個數時，所處溫度相近的第一冷卻器共同連接一個熱泵。
[0010]優選的，在所述加熱段的進口處和所述第一冷卻段的出口處均設有控制閥。
[0011]優選的，所述相連的熱泵和低溫換熱器間還連接有儲熱罐。
[0012]優選的，所述第一冷卻器與所述第二冷卻器均為噴淋式冷卻裝置。
[0013]如上所述，本發明的節能型飲料高溫殺菌及冷卻系統，具有以下有益效果:利用進入系統的低溫飲料，產生不同溫度的多級(至少一級)二次冷源，二次冷源即由低溫換熱器置換所得，利用完成高溫殺菌的高溫飲料產生溫度不同的多級(至少一級)二次熱源，二次熱源即由熱泵收集第二冷卻器噴淋出的水所得，然後分別連通二次熱源和二次冷源，形成循環，不足部分靠外部補充，這樣在加熱及冷卻部分實現內部能量循環，節省了外部能源的消耗，實現節能環保。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1顯示為現有技術中的節能型飲料高溫殺菌及冷卻系統示意圖。
[0015]圖2顯示為本發明的節能型飲料高溫殺菌及冷卻系統示意圖。
[0016]元件標號說明
[0017]I 加熱段
[0018]2第一冷卻段
[0019]3再加熱段
[0020]4第二冷卻段
[0021]41第一冷卻器
[0022]42第二冷卻器
[0023]5冷卻塔
[0024]6螺杆制冷機
[0025]7 鍋爐
[0026]8儲熱罐
[0027]9 熱泵
[0028]10控制閥
[0029]11低溫換熱器
[0030]12高溫換熱器

【具體實施方式】
[0031]以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。
[0032]請參閱圖1至圖2。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，並非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的範圍內。同時，本說明書中所引用的如「上」、「下」、「左」、「右」、「中間」及「一」等的用語，亦僅為便於敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的範圍，其相對關係的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的範疇。
[0033]如圖2所示，本發明提供一種節能型飲料高溫殺菌及冷卻系統，按照生產流程飲料依次經過加熱段1、高溫滅菌段、第一冷卻段2、再加熱段3以及第二冷卻段4，加熱段I上按照飲料流向依次設有低溫換熱器11、與鍋爐7相連的高溫換熱器12，第二冷卻段4上按照飲料流向依次設有第一冷卻器41、與冰水相連的第二冷卻器42，第一冷卻器41與熱泵9循環相連，熱泵9和低溫換熱器11通過循環管相連，若所述低溫換熱器和所述熱泵均大於一個時，熱泵9和低溫換熱器11間的連接原則為:根據與所述熱泵相連的第一冷卻器41和所有低溫換熱器11所處飲料的溫度高低，熱泵9與低溫換熱器11間根據高溫處對應高溫處、低溫處對應低溫處的順序依次相連。本發明利用進入系統的低溫飲料，產生不同溫度的多級(至少一級)二次冷源，二次冷源即由低溫換熱器11置換所得，利用完成高溫殺菌的高溫飲料產生溫度不同的多級(至少一級)二次熱源，二次熱源即由熱泵9收集第二冷卻器41噴淋出的水所得，然後分別連通二次熱源和二次冷源，形成循環，不足部分靠外部補充，這樣在加熱及冷卻部分實現內部能量循環，節省了外部能源的消耗，實現節能環保。
[0034]本發明在第二冷卻段4得到溫度從高到低的多種二次熱源，飲料的加溫過程中即在加熱段I中利用溫度從高到低的二次熱源，將需要加熱的飲料進行逐步加熱，在最後一級使用來自鍋爐7等提供的熱源進行補充加熱，確保最後加熱溫度達到要求的溫度。而最後冷卻使用一臺螺杆制冷機6等的冷源進行冷卻。
[0035]而上述二次熱源和二次冷源間的連接原則(即為上述熱泵9和低溫換熱器11間的連接原則)為:冷卻部分高溫段置換出的熱量給加熱部分中溫段加熱，冷卻部分中溫段置換出的熱量給加熱部分低溫段進行加熱，例如，飲料從75°C降溫到25°C過程中，吸收75°C到65°C的二次熱源去加熱溫度已經升高到40°C左右的飲料，吸收60°C到55°C的二次熱源去加熱溫度已經升高到30°C左右的飲料，吸收50°C到40°C的二次熱源去加熱剛流入的15°C常溫飲料；本發明利用溫段的不同使能量充分利用和更有效率的轉換，同時加熱完成後的冷量也被置換出來再進行冷卻，從而達到循環利用的目的，而冷卻部分最低低溫段(即40°C到20°C )和加熱部分最高高溫段(即50°C以上部分)仍使用外部設備進行能量的補充來彌補交換過程中的能量損失，確保整套設備的正常運行。如此一來，加熱及冷卻部分的能耗將大大降低。
[0036]為實現更好的能源內部循環利用，節省外部能源，上述第一冷卻段2上設有多個冷卻換熱器，其中一個冷卻換熱器與再加熱段3的加熱換熱器通過循環管相連，與加熱換熱器相連的冷卻換熱器最好為處於第一冷卻段最前端的。
[0037]為便於控制進入本系統的飲料，在上述加熱段的進口處與第一冷卻段的出口處均設有控制閥10。
[0038]作為優選的一具體實施例如下:
[0039]上述低溫換熱器11與第一冷卻器41的個數均大於兩個且數目相同時，第一冷卻器41和熱泵9個數相同且一一對應相連，熱泵9和低溫換熱器11間也一一對應相連，見圖2所示，低溫換熱器11、熱泵9、第一冷卻器41均為三個，根據高溫處對應高溫處、低溫對應低溫處的原則，分別一一對應相連。使置換出的二次冷源和二次熱源進行內部循環利用，達到節能的目的。
[0040]作為優選的另一具體實施例如下:
[0041]該實施例未予圖示，上述第一冷卻器41、熱泵9和低溫換熱器11均為多個(即大於兩個)，且第一冷卻器41的個數大於熱泵9的個數時，所處溫度相近的第一冷卻器41共同連接一個熱泵9，熱泵與低溫換熱器根據高溫處對應高溫處、低溫處對應低溫處的原則相連，例如:在飲料從75°C降到70°C間設置了兩個第一冷卻器，由於這兩個第一冷卻器所收集的二次熱源溫度相差不大，因此這兩個第一冷卻器可以共同連接一個熱泵，再通過該熱泵與一低溫換熱器相連。
[0042]為便於熱能儲存以及更好的利用由第二冷卻段置換出的熱源，上述相連的熱泵9和低溫換熱器11間還連接有儲熱罐8。上述第一冷卻器41與第二冷卻器42均為噴淋式冷卻裝置。
[0043]綜上所述，本發明節能型飲料高溫殺菌及冷卻系統，利用進入系統的低溫飲料，產生不同溫度的多級(至少兩級)二次冷源，二次冷源即由低溫換熱器置換所得，利用完成高溫殺菌的高溫飲料產生溫度不同的多級(至少兩級)二次熱源，二次熱源即由熱泵收集第二冷卻器噴淋出的水所得，然後分別連通二次熱源和二次冷源，形成循環，不足部分靠外部補充，這樣在加熱及冷卻部分實現內部能量循環，節省了外部能源的消耗，實現節能環保。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0044]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種節能型飲料高溫殺菌及冷卻系統，按照生產流程飲料依次經過加熱段(I)、高溫滅菌段、第一冷卻段(2)、再加熱段(3)以及第二冷卻段(4)，其特徵在於，所述加熱段(I)上按照飲料流向依次設有低溫換熱器(11)、與鍋爐(7)相連的高溫換熱器(12)，所述第二冷卻段(4)上按照飲料流向依次設有第一冷卻器(41)、與冰水相連的第二冷卻器(42)，第一冷卻器(41)與熱泵(9)循環相連，所述熱泵(9)和所述低溫換熱器(11)通過循環管相連，若所述低溫換熱器和所述熱泵均大於一個時，所述熱泵(9)和低溫換熱器(11)間的連接原則為:根據與所述熱泵相連的第一冷卻器(41)以及所述低溫換熱器(11)所處飲料的溫度高低，熱泵(9)與低溫換熱器(11)間根據高溫處對應高溫處、低溫處對應低溫處的順序依次相連。
2.根據權利要求1所述的節能型飲料高溫殺菌及冷卻系統，其特徵在於:所述第一冷卻段(2)上設有多個冷卻換熱器，其中一個冷卻換熱器與所述再加熱段(3)的加熱換熱器通過循環管相連。
3.根據權利要求1所述的節能型飲料高溫殺菌及冷卻系統，其特徵在於:所述低溫換熱器(11)與所述第一冷卻器(41)的個數均大於兩個且數目相同時，所述第一冷卻器與所述熱泵(9)個數相同且一一對應相連，所述熱泵與所述低溫換熱器間一一對應相連。
4.根據權利要求1所述的節能型飲料高溫殺菌及冷卻系統，其特徵在於:所述第一冷卻器的個數大於所述熱泵的個數時，所處溫度相近的第一冷卻器共同連接一個熱泵。
5.根據權利要求1所述的節能型飲料高溫殺菌及冷卻系統，其特徵在於:在所述加熱段的進口處和所述第一冷卻段的出口處均設有控制閥(10)。
6.根據權利要求1所述的節能型飲料高溫殺菌及冷卻系統，其特徵在於:所述相連的熱泵(9)和低溫換熱器(11)間還連接有儲熱罐(8)。
7.根據權利要求1所述的節能型飲料高溫殺菌及冷卻系統，其特徵在於:所述第一冷卻器(41)與所述第二冷卻器(42)均為噴淋式冷卻裝置。
【文檔編號】A23L2/42GK104068447SQ201410260828
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月12日 優先權日:2014年6月12日
【發明者】張成立, 鄧運明 申請人:上海錦江電子技術工程有限公司