[0001] 本
发明涉及一种具有至少一个
糖化容器、一个滤桶、一个
麦芽汁锅和一个
水箱的酿造设备(brewery plant)，并涉及一种酿造方法。
[0002] 酿造
啤酒是一个需要大量
能量的过程，其中既需要
电能又需要
热能。总的来说，能量成本构成啤酒的整个制造成本的一个重要部分。作为一个趋势，必须设想的是，由于化石
燃料的短缺和与之相关的能量价格的上涨，能量成本所占份额会进一步增加。
[0003] 为了减少能量成本对生产成本的影响，已经尝试在常规酿造设备内改善能量回收以及提高设备的整体效率。例如，通过节约装置中废气的冷却来预热给水，或者使用与普通的
蒸汽相比移动性更强的热蒸汽，从而产生更少的损耗。为了使能量的生成更为经济，越来越多地使用
热电联产站(cogenerating station)，该热电联产站用于产生电能和用于产生热水或者热蒸汽。但是，由于它们同样地以
化石燃料为
基础，因而它们也不是无关于由化石燃料的缺乏而引起的价格上涨。
[0004] 因此，本发明的目的在于提供一种酿造设备以及一种酿造方法，以使酿造厂更不依赖于对化石燃料的需求。
[0005] 此目标通过根据
权利要求1的酿造设备和根据权利要求7的酿造方法来解决。
[0006] 借助于将
太阳辐射能量转
化成热能的
太阳能收集器，能够借助于不是由化石燃料产生的能量来满足酿造设备的至少一部分热能需求。在这方面，有一点对于在酿造厂中使用来说是决定性的，即：太阳能收集器被设计为使得酿造过程所需要的最热的
流体能够通过太阳能被加热到最高达至少120℃的
温度，特别地加热到最高达160℃到180℃的温度。因此，当在酿造工业中使用太阳能收集器时，
对流体的加热并不像在其他情况下通常的那样限于产生大约50℃到60℃的温水。
[0007] 根据酿造设备的需要，流体的加热还可以直接通过太阳能收集器进行，即流体流过太阳能收集器，在该太阳能收集器中流体被加热；或者间接地通过太阳能收集器进行，即在太阳能收集器内加热一第二流体，并且通过换热器将热能传递给酿造过程中所使用的流体。
[0008] 优选地，太阳能收集器中产生的热能可以储存在一个
蓄热器内，并且通过控制单元以受控的方式被输送至各热能负载，特别是被输送至糖化容器、滤桶、麦芽汁锅、水箱、CIP设备和/或瓶室，特别是用于洗瓶。因此，热能可以通过太阳能收集器获得，而与酿造过程的运行无关，并且热能可根据需要在受控制下被传送给酿造设备内的各个热能负载。此处开环或闭环控制与流体温度和/或容积流量有关，其中所输送的热能的量由这些参数得出。
[0009] 根据一个优选实施方案，为了提供冷却，酿造厂可以具有一个
吸附式制冷装置，该吸附式制冷装置的热能需求至少部分地通过太阳能收集器所产生的热能来满足。通常在酿造厂内使用压缩制冷系统，然而该压缩制冷系统具有与常规换热器相同的缺点。与此相反，使用吸附式制冷装置所具有的优势在于太阳能收集器所产生的热量还可用于产生所需的冷却。
[0010] 优选地，可以在增大的压
力下使用流体——水(高压水)。通过提高
沸腾温度，可以利用液相下的高压水获得所需的至少120℃的高温，特别是在160℃到180℃的范围内的温度。
[0011] 在一个优选实施方案中，太阳能收集器可以具有抛物面状槽形收集器。通过借助于抛物面状镜将太阳辐射集中到待加热的流体在其中流动的管子上，可以获得相对高的温度，特别是最高达400℃的温度。因此，即使在日照比南方地区要少的纬度地区，也可以实现将酿造方法中所使用的流体加热到最高达120℃的温度，特别是最高达160℃到180℃的温度。
[0012] 对于在太阳能收集器内间接加热流体，优选地可以使用
传热油、熔盐或蒸气来吸收热能。利用这些物质能够获得高效率水平(高于14％)。
[0013] 本发明还涉及一种酿造方法，该酿造方法的特征在于至少一部分酿造过程阶段的热能需求，特别是糖化、过滤和/或麦芽汁煮沸过程中的热能需求，至少部分地通过被太阳能收集器直接或间接地加热到至少120℃的温度——特别是加热到160℃到180℃的范围内的温度的流体来满足。通过使用来自太阳辐射的热能，可以降低对常规热能发生器的依赖。为了使该方法比常规的能量生成的效率更高，可以将流体加热到该方法中所用的最高温度是特别重要的。在这一方面，流体既可以被直接加热也可以被间接加热。
[0014] 根据一个优选实施方案，洗瓶过程的热能需求可以至少部分地通过被太阳能收集器直接或间接地加热到至少120℃的温度——特别是加热到160℃到180℃的范围内的温度的流体来满足。因此，太阳能的有利使用并不仅仅局限于当下的酿造过程，而是可以用于整个啤酒生产中。特别地，在瓶室内洗瓶过程中的能量需求是高的，因此使用太阳能是有利的。
[0015] 优选地，用于生产该酿造方法中所用的
冰冻水的吸附式制冷装置的热能需求可以至少部分地通过被太阳能收集器直接或间接地加热到至少120℃的温度——特别是加热到160℃到180℃的范围内的温度的流体来满足。因此，太阳能的有利使用并不仅仅局限于当下的酿造过程中的热能需求，而是还可以用于生产该过程中所需的冰冻水，以减少对常规
能源的依赖。
[0016] 根据一个优选实施方案，该酿造设备另外包括一个高速蒸汽发生装置，该高速蒸汽发生装置将热能输送至待被太阳能收集器加热的流体。
[0017] 这一实施方案的优势在于，如果来自太阳能收集器的功率，例如由于不良天气或者一天中的时间而导致的太阳辐射的降低，而不足，可以接通一个高速蒸汽发生装置。从而确保了即使在太阳辐射降低的情况下也能将足够的热能输送至各个热负载。一个高速蒸汽发生装置的特征在于，它能够快速地产生蒸气，特别是蒸汽，以补偿太阳能收集器的功率不足。该高速蒸汽发生装置是特别有利的，因为它可以，例如通过一个区域热力站，利用再生能源来运转，使得上述设备变得整体不依赖于非再生能源，特别是不依赖于化石燃料。
[0018] 此外，该设备可以包括一个装置，该装置确定太阳能收集器的功率是否足以满足那些经由流体向其输送热能的热负载的能量需求，特别是是否足以将该流体加热到至少120℃的温度——特别是160℃到180℃的温度，并且该装置在来自太阳能收集器的功率不足时启动该高速蒸汽发生装置的接通。
[0019] 因此，即使太阳辐射发生变化，也可以可靠地将加热的流体控制到某个温度。
[0020] 在本文中，优选地，该高速蒸汽发生装置的功率被与来自太阳能收集器的功率有关地进行闭环控制，也就是当然也依赖于太阳辐射。
[0021] 优选地，被太阳能收集器加热的流体被储存在一个蓄热器内，特别是被储存在一个高压罐内。高压罐的使用使得因沸点的升高而能够存储温度大于100℃的水。有利地，该高压罐是一个分层储存罐，在该分层储存罐内用于热水负载的热水可以被排到上部区域内，并且较冷的水可以在回路中被输送回该分层储存罐供再次加热。
[0022] 优选地，如果该高速蒸汽发生装置被接通，它加热该蓄热器内具体是该高压罐内的流体。为了确定是否要接通该高速蒸汽发生装置，还可以使
用例如储能罐内的温度，该储能罐内的温度最终也取决于太阳能收集器的功率。
[0023] 根据一个优选实施方案，通过太阳能收集器加热的流体的一部分以蒸汽的形式被传送给需要蒸汽作为加热媒介的热负载，其中储存在高压罐内的加热的流体的另一部分被传送给需要热水的热负载，而通过太阳能收集器加热的流体的再一部分被传送给一个将制冷剂(例如NH3和水、乙二醇、冰冻水等等)供应给制冷负载的吸收式制冷装置。这一构思使得能够通过被加热到超过120℃的流体来使用蒸汽热负载、热水热负载和同时存在的制冷负载(通过使用一个吸收式制冷装置)。此整体构思，特别是与该高速蒸汽发生装置相结合的构思，便利了以简单的方式对各个负载进行理想的能量供应。
[0024] 如果需要，对于所有部分，即对于蒸汽部分、热水部分和制冷部分，可以根据需要增加所输送的热的量。
[0025] 优选地，被接通的该高速
蒸汽发生器然后为需要蒸汽的热负载产生蒸汽，或者通过该高速蒸汽发生装置产生被传给该吸收式制冷装置的蒸汽。
[0026] 优选地，在该高速蒸汽发生装置后跟着一个蒸汽喷射压缩器，使得蒸汽例如可以被用于酿造室内的热负载上等等。
[0027] 通过太阳能收集器加热并且要被传送给需要蒸汽作为加热媒介的热负载的流体，在此处被输送给一个弛豫罐(relaxation tank)和一个蒸汽喷射压缩器。
[0028] 根据本发明，一个高速蒸汽发生器可以被设置供接通，该高速蒸汽发生器用于利用为蒸汽的加热媒介、热水和冷却的热负载。然而该高速蒸汽发生装置也可以包括几个合适的高速蒸汽发生器。
[0029] 本发明的一个实施方案在
附图中进行了图解，并且将在下文中进行详细说明。以下各项被示出：
[0030] 图1 根据本发明的一个优选实施方案的酿造设备的示意图；
[0031] 图2 太阳能收集器、高压罐和蒸汽
锅炉的组合的示意图；
[0032] 图3 根据本发明的具有和太阳热分离的热供应的酿造设备的示意图；
[0033] 图4 具有一个和太阳热结合的热供应的酿造设备的示意图；
[0034] 图5 根据本发明的一个酿造设备的一个整体构思的示意图；
[0035] 图6 根据本发明的一个酿造设备的一个整体构思的示意图。
[0036] 图1示出了具有一个糖化容器3、滤桶5、麦芽汁锅7和一个水箱9的一个酿造设备1。水箱9包括几个蓄热器：一个适用于至少120℃的流体温度——特别是从160℃到180℃的流体温度——的高压热水罐11、一个温水罐13、一个冷水罐15和一个冰冻水罐17。
一个吸附式制冷装置19用于制造冰冻水。此外，该酿造设备1还具有一个CIP(过程清洗(Cleaning In Process))系统21。该系统用于对酿造设备1进行清洗和消毒。此外，一个瓶室23被示意性地示出。在此处设置酿造厂的
装瓶设备和洗瓶设备。最后，在图1中示出了太阳能收集器25。它们用于满足酿造厂1的至少一部分热能需求。太阳能收集器25被设计为使得流体通过该太阳能收集器25被直接或间接地加热到至少120℃，特别是加热到最高达160℃到180℃的温度。
[0037] 在直接方法中，流体在太阳能收集器25内被太阳辐射直接加热，而在间接方法中，一第二流体被加热，该第二流体通过一个换热器(未示出)将其能量传递给在酿造过程中被进一步使用的第一流体。
[0038] 已经发现将抛物面状槽形收集器用于一个酿造厂中是特别有利的。通过这些太阳能收集器25，太阳光通过抛物面状镜被集中到一个待加热的流体在其中循环的管子上。在间接加热的实施方案中，例如可以使用传热油、熔盐或蒸汽，其中可获得高达400℃的温度。利用直接方法，高压水在液相下适于获得至少120℃的期望温度，特别是从160℃到180℃的温度。
[0039] 酿造设备1还具有一个开环和闭环控制单元27，该开环和闭环控制单元用于在开环或闭环控制下将加热的流体传给各个热能负载。在此方面，设备1被设计为使得控制单元27或者直接从太阳能收集器25或者经由高压热水罐11提取加热的流体流。例如，利用一个选择
阀29在该两个流之间进行选择。
[0040] 在图1中所示的酿造设备1中只示出了具有高热能需求的组成部分。诸如
发酵、储存和过滤室之类的其他组成部分在例图中已经被省略。
[0041] 现在将详细地描述根据本发明的酿造设备1的热能供应的运行原理。被太阳能收集器25直接或间接地加热的流体经由管子31、33和35流入高压热水罐11，该流体具有至少120℃的温度，特别是从160℃到180℃的温度。此处由太阳能收集器25产生的热能可以被暂时储存并且根据需要提取。如果通过太阳能收集器25不能完全满足热能需求，则不足的热量可以通过常规的方法产生并被输送给储存罐。
[0042] 热水储存罐11通过管子37连接到温水储存罐13。因此，通过将来自冷水供给39的冷水与高压热水37混合，可以产生通常在大约80℃的所需的温水。类似的，通过管子41和冷水供给39，可以使冷水储存罐15内的水达到所需的通常为15℃的温度。此外，在水箱9内，一般为2℃的制冷剂在冰冻水储存罐17中制得。为了实现这一点，根据本发明，使用了一个吸附式制冷装置19，该吸附式制冷装置从高压热水罐11或者直接从太阳能收集器
25接收其需要的热能。管子43、45和47从不同的水储存罐经由控制单元27到达相应的负载。
[0043] 根据选择阀29的设置，加热的流体或者直接经由管子49被传送至该开环和闭环控制单元27，或者从高压热水罐11经由管子51被传送给该开环和闭环控制单元27。该开环和闭环控制单元27然后根据需要将储存在高压热水中的热能分配给酿造设备1的热能负载。如果需要，通过混合来自其他储存罐13、15和17的水，可以将所需量的热能分别输送给使用该容积流量和/或流体温度的酿造设备1的每一组成部分。
[0044] 因此，糖化容器3经由输送管53被供以所需热能，滤桶5经由输送管55被供以所需热能，麦芽汁锅7经由输送管57被供以所需热能。类似地，CIP系统21经由管子59被供以热能。瓶室23，具体地为带有洗瓶设备(未示出)的瓶室，经由管子61进行供给。为了清楚起见，在图1中没有示出必要的
回流管线。
[0045] 当然，诸如
建筑物加热的其他组成部分也可以根据需要从太阳能收集器25被供以热能。此外，可以想见的是，使用一个蒸汽发生器代替该高压热水，或者除了该高压热水之外还使用一个蒸汽发生器，以利用蒸汽，特别是高压下的蒸汽，为酿造设备1的至少一部分供应热能。此外，可以想见的是，除了加热流体来供应热能之外，还可以使用光伏元件来为酿造设备1提供电能。
[0046] 在该情况下有利地将太阳能系统25安装在酿造设备1的顶上或者安装在其壁上，因为这样一来就不需要用于该酿造设备1的太阳能系统25的额外区域。
[0047] 图2示出了本发明的一个可能的实施方案，其中由太阳能收集器25加热的流体，即高压热水，首先被传送到蓄热器中，即被传送到高压热水罐11中，其中水在一个回路中循环，使得在该罐11中的高压热水可以被保持在大于100℃的温度，例如保持在110℃到120℃的温度。高压热水然后可以从高压热水罐11被传送给一个位于该设备内的蒸汽锅炉
61，随后可以将蒸汽输送给需要蒸汽作为热媒介的热负载，例如酿造室。
[0048] 图3示出了一个构思，其中一个现有酿造设备具有一个和太阳热装置分离的热供应。图3示出了用于啤酒生产的主要装置，这些装置需要在大不相同的温度的水，例如麦芽
粉碎机63，其需要来自相应的冷水和温水储存罐的冷水和温水。此外，酿造室的主要组成部分被示出为具有一个糖化容器3、滤桶5、过滤麦芽汁加热器(lauter wortheater)64、温度升高器(booster)65、麦芽汁锅7和一个
涡流(whirl pool)8，它们主要需要蒸汽和/或高压热水作为热媒介。作为一个制冷负载，被布置在麦芽汁冷却器66之后的涡流需要来自冰冻水储存罐17的制冷剂。如图3中所示，分离的热供应具有太阳能收集器25，其中，如已经描述的，高压热水被储存在蓄热器11内。此处，作为例如向该过滤麦芽汁加热器64提供热能的热水储存罐62的一个附加的罐，该蓄热器被设置用于由太阳能收集器25加热的高压热水。被储存在蓄热器11内的高压热水，例如向温度升高器65提供热能，这进一步将麦芽汁加热到100℃。用67示出了一个
蒸发冷凝器。此外，经由蓄热器11以蒸汽和/或高压热水的形式向糖化容器3供应热能。
[0049] 图3也示出了常规的将热能传送给糖化容器3和麦芽汁锅7的蒸汽管80a和冷凝管80b。如图3所示，通过太阳能收集器25的热供应与常规的通过蒸汽和热水的热供应分离开。
[0050] 与此相反，图4示出了一个将太阳热和热供应结合起来的
实施例。此处，诸如一个分层储存罐的蓄热器11接替常规使用的热水储存罐62的作用。这意味着此处，所用的例如被输送给过滤麦芽汁加热器64的热水直接来自蓄热器11，即来自高压热水罐。该高压热水罐11是一个分层储存罐，过滤麦芽汁加热器64所需的高压热水取自该高压热水罐11的上部区域，被输送给该过滤麦芽汁加热器64并且返回到分层储存罐11的下部区域。对于蒸发冷凝器67，较冷的水取自高压热水罐11，被加热并且被传送回该储存罐11的上部区域。由于可以省略一个蓄热罐，所以这种类型的布置显著地简化了酿造设备的结构。
[0051] 图5和图6示出了一个酿造设备以及制冷负载76的整体构思，其中该酿造设备具有需要蒸汽的热负载69以及需要热水的热负载68。需要蒸汽的热负载包括例如在酿造室内的各个组成部分，诸如麦芽汁锅7和糖化容器3。
[0052] 除了酿造室之外，需要热水作为加热媒介的热负载包括例如位于酿造室旁边的用于洗瓶、洗桶的设备101，过滤室和CIP系统21，以及一些位于酿造室内的热水负载，例如糖化容器、过滤麦芽汁加热器等。在水箱9内，温水储存罐13也需要热水。
[0053] 需要例如冰冻水作为制冷剂的制冷负载包括例如冰冻水罐17，麦芽汁冷却系统66，
酵母、发酵和储存室24以及过滤和加压罐室23。
[0054] 在图5和6中示出的酿造设备具有太阳能收集器25，特别是
真空管太阳能收集器，该太阳能收集器供应温度为至少120℃——特别是160℃到180℃——的高压热水。太阳能收集器25产生用于热负载69以及热负载68和吸收式制冷装置19的高压热水，其中该热负载69需要蒸汽作为加热媒介，热负载68需要热水，该吸收式制冷装置19为制冷负载76提供冰冻水。因此，所有的部分都通过太阳能收集器25来满足。为了供应热水，太阳能收集器25连接到一个高压热水罐11，使得已经通过太阳能收集器25直接或间接地加热的高压热水在该太阳能收集器和该高压热水罐之间循环。此处高压热水罐11是一个分层储存罐，高压热水罐11中的高压热水所具有的温度，例如从120℃降低到小于120℃的温度，如可以在图5中看到的。于是可以将高压热水经由管子81从该高压热水罐的上部区域传送到需要热水的热负载68。已经变凉的热水经由管子82返回到高压热水罐11的下部区域中。代替蒸汽作为加热媒介，高压热水也可以在回路中经由管子98从高压热水罐11直接被输送给在酿造室内的负载。也可以将水从热水罐13经由管子99输送给在酿造室内的负载。
[0055] 为了对需要蒸汽作为加热媒介的热负载69进行供给，将高压热水经由管子83输送给一个换热器75，该换热器然后将高压水传送给一个弛豫罐72。在弛豫罐72内，由太阳能收集器加热的水以液相和汽相存在。蒸汽经由管子84被从该弛豫罐的上部区域提取，然后被传送到一个蒸汽喷射压缩器71，随后被传给热负载69。冷凝物可以例如经由管子88进入一个收集容器，进而到达高速蒸汽发生器。在弛豫罐72的下部区域，管子85分叉，该管子通向一个三通阀78，其中经由该三通阀78，来自弛豫罐72的
淡水或者水可以经由换热器75被输送给太阳能收集器25。
[0056] 为了向吸收式制冷装置19供应热能，将高压热水从太阳能收集器25经由管子86输送给吸收式制冷装置19，该吸收式制冷装置以已知的方式将热转化用于冷却。同样，此处通过太阳能收集器加热的流体或水在回路中循环并且经由管子87返回到太阳能收集器25。冷却的水储存在一个冷用储液器内，例如储存在一个冷藏分层储存罐90内，并且以冰冻水的形式被传送给冰冻水罐17和制冷负载76。
[0057] 该设备还包括一个装置77，该装置确定来自太阳能收集器25的功率是否足以充分地加热流体或水，以及是否足以充分地将所需的热量供应给那些通过该太阳能收集器被供应热能的热负载和制冷负载69、68、76。此处，可以被结合到系统
控制器中的该装置77可以例如将高压热水罐11内的温度与某个设定点温度比较，于是其中当高压热水罐11内的温度低于某个极限温度时，一个
信号被传送给高速蒸汽发生装置70，然后该高速蒸汽发生装置被接通。然而，替代地或者附加地，可以测定入射在太阳能收集器25上的太阳辐射的功率，或者测定被直接或间接地加热的流体的温度并且如上所述的，将该测得的温度与一个相应的设定点温度作比较。因此，太阳辐射的变化可以得到补偿，其中促进了对各个热负载进行均匀和恒定的热能供应。因此，如果该装置77检测到出现了一个额外的热能需求，则高速蒸汽发生装置产生蒸汽，该蒸汽例如被导入高压热水储蓄器的下部区域，并且循环回来，以将高压热水罐11内的温度增加到一个适宜的程度，一直到高压热水储蓄器11内的温度再次处于某个设定点范围内，这通过没有被示出的适宜的
传感器来确定。
[0058] 高速蒸汽发生装置70并不只根据需要将热能输送给热水，而是还将额外的热能提供给需要蒸汽作为加热媒介的热负载69，其中蒸汽经由管子87被输送给蒸汽喷射压缩器71，然后被输送给热负载69。冷却的冷凝物以循环的方式经由管子88返回到高速蒸汽发生装置70。因此，根据需要，即在太阳辐射降低或热耗增加的情况下，输送所需的缺少量的热量。
[0059] 另外，如图6所专
门示出的，蒸汽形式的额外热能可以通过高速蒸汽发生装置70经由管子89被输送给吸收式制冷装置，并且冷凝物能够经由管子90返回到高速蒸汽发生装置70，使得有充足的热量可以被转化用以冷却。
[0060] 根据来自太阳能收集器25的功率，并且与相应的热负载和制冷负载69、68、76的消耗相关地，控制该高速蒸汽发生装置70的功率。在图5和6中，只示出了一个高速蒸汽发生装置70，该高速蒸汽发生装置既为热负载69、68又为制冷负载76提供供给。然而，也可以设置几个独立受控于该装置77的合适的高速蒸汽发生器70。
[0061] 根据本发明的高速蒸汽发生装置的特征在于，它表现出快速的操作准备就绪，具有缩短的加热时间。这是特别重要的，因为该高速蒸汽发生装置在这里用作一个备用的或最高负荷的蒸汽发生器。高速蒸汽发生器的工作原理基于水管原理，其中通过的水在一次通过中被加热和
汽化。由于水管结构没有一个限定的蒸汽空间，水含量相对较低。水被快速转变成蒸汽。因此，没有诸如发生在例如火焰和烟管锅炉中的停滞损耗(standstill loss)。该高速蒸汽发生器可以具有一个集成
燃烧器，该集成燃烧器又可以使用
代用燃料91来运转。该高速蒸汽发生器每小时可以产生80到2000kg的蒸汽。
[0062] 该高速蒸汽发生装置70有利地通过燃烧诸如
菜籽油、沼气等等的再生能源来运转。例如该高速蒸汽发生装置还可以通过一个
生物质热电联产站来运转，以保持不依赖于常规能源。
[0063] 由于流体或者水被加热到超过120℃的高温这一事实——这可以特别地通过真空管太阳能收集器25来有利地实现，可以同时为不同的热负载69、68、76、19供应合适的热能，并且还能够通过一个高速蒸汽发生装置来虑及功率的变化。
[0064]
结合水作为流体描述了上述实施方案，但是这些流体不限于水。
