WO2017055501A1 - Anlage und verfahren für die pasteurisierung von lebensmitteln - Google Patents

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Roland Concin
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    • Y02P60/85—Food storage or conservation, e.g. cooling or drying

Definitions

  • the invention relates to a plant for the pasteurization of bottled in closed containers food, and a method for the pasteurization of bottled in containers food.
  • Pasteurization of foods, particularly liquid foods, is nowadays commonly used to kill potentially harmful microorganisms in foods and, among other things, to increase the shelf life of foods.
  • the food is pre-filled into containers, the containers are closed and then pasteurized.
  • so-called tunnel pasteurisers are used in which the sealed containers are initially charged in treatment zones with successively increasing temperature of a process medium, for example sprinkled or showered. This is followed by treatment zones in which the
  • Containers are brought in this way to pasteurization temperature and held for a certain, sufficient period of time. This is followed by successive cooling in further treatment zones.
  • a typical pasteuriser for example a tunnel pasteurizer
  • both cooling and heat energy are required, on the one hand, to heat the process fluid, in particular for the heating zones and the pasteurization zones, and, on the other hand, to cool for the cooling zones.
  • heat pumps for introducing heat and cooling energy.
  • DE 10 2013 112 398 AI for example, a device and a method has become known in which the heat energy of the process liquid is used at a low temperature level by means of a heat pump for heating the process liquid in a buffer tank to a higher temperature level.
  • the heat pump is connected directly or directly via heat exchangers with process-liquid-carrying lines or specific treatment zones.
  • Such favorable conditions are only present if, on the one hand, there is a high demand for cooling and heat output in the pasteurizer, and, on the other hand, there is at least a corresponding cooling capacity requirement and heat output requirement in the pasteurizer.
  • the object of the present invention was to overcome the existing disadvantages of the prior art and to provide an improved device or pasteurization system, as well as an improved method for the pasteurization of foodstuffs.
  • the plant comprises at least one heating zone, at least one pasteurization zone and at least one cooling zone, as well as a conveyor for transporting the containers in a transport direction successively through the heating zone (s), the pasteurization zone (s) and the cooling zone (s).
  • the plant comprises a cold tank and a heat tank for discharging and collecting the process liquid from at least some of the zones on demand.
  • the cold tank is conductively connected to one side of a cooling heat exchanger.
  • the other side of the cooling heat exchanger is conductively connected to the transmission of cooling energy with a cooling circuit comprising a refrigerant transfer means of a heat pump.
  • the heat tank is line connected to one side of a heater core.
  • the other side of the heating heat exchanger is conductively connected to transmit heat energy to a heating circuit comprising a heat transfer means of the heat pump.
  • the cooling circuit comprises a integrated as a hydraulic switch cold buffer, which in an upper end portion with an outlet of the refrigerant transfer means of the heat pump and in a lower end portion with an input of the refrigerant transfer agent, and in an upper end portion with an outlet of the cooling heat exchanger and in a lower end region with an input of the cooling heat exchanger is conductively connected
  • the heating circuit comprises a hydraulic damper integrated heat buffer, which at an upper end portion with an output of the heat transfer means of the heat pump and in a lower end portion with an input of the heat transfer medium, and in an upper end portion with an input of the heat exchanger and in a lower end portion is conductively connected to an output of the heating heat exchanger.
  • a reservoir is provided both in the cooling circuit and in the heating circuit, in which the cooling energy or heat energy generated by the heat pump can be stored via a respective cooling energy respectively heat energy carrying medium.
  • This (intermediate) stored cooling or heat energy can be removed as needed from the cold storage tank or the heat storage tank, and fed to the process liquid via the cooling heat exchanger or the heating heat exchanger.
  • the cooling or heat energy withdrawn via the heat exchangers as required can be reintroduced into the cold storage tank or into the heat storage tank by means of the cold transfer agent or the heat transfer medium of the heat pump, thereby making possible an energetically and economically highly efficient operation of the pasteurization plant. This is especially true in the case of strongly fluctuating cooling and / or Bank advantageoussabtments or power requirements, for example, in a change between full operation and temporary stoppage of the system. A standstill of the system may occur, for example, in a batch change, or in a due maintenance operation or the like. Furthermore, a heat pump with high energy output can be used since a reservoir for receiving and buffering the cooling energy and heat energy generated by the heat pump is provided. Furthermore, the supply of fresh water can be minimized, which is advantageous both in ecological and procedural terms.
  • the side of the cooling heat exchanger, which is flowed through by a cooling medium can also be referred to as primary side
  • the side of the cooling heat exchanger, which is flowed through by the process liquid can be referred to as the secondary side.
  • the side of the heating heat exchanger which is passed through by a heating medium as the primary side, and the side of the heating heat exchanger, through which the process liquid flows, may be referred to as the secondary side of the heating heat exchange.
  • a return coolant connected to the cold tank is provided to cover cooling power peaks.
  • the recooling agent can be formed by a cooling tower or a cold water supply line. This creates a safety reserve in the sense of additional emergency cooling, which can also be used, for example, in the event of a fundamentally possible failure of the heat pump or during maintenance of the heat pump.
  • a heating means is provided in a feed line arranged on the output side of the heating heat exchanger for additional heating of the process liquid.
  • the heating means may be formed by a heat exchanger acted upon by steam. This creates a means for further heating of the process fluid if necessary.
  • the additional heating means for example the heat exchanger acted upon by steam, can be used, for example, when very high pasteurization temperatures are required.
  • the additional heating means again forms a safety reserve for introducing heat energy into the flow of the process fluid.
  • the cold storage tank in the cooling circuit has a storage volume between 0.01 m 3 and 3 m 3 per 1 kW cooling capacity of the heat pump.
  • a sufficient buffer volume is provided to allow a constant as possible, uniform operation of the heat pump at a high level of performance.
  • the energy efficiency and thus the efficiency of the pasteurization can be further improved.
  • the Kältepuf- fer has a storage volume between 0.02 m 3 and 1 m 3 per 1 kW of cooling capacity of the heat pump.
  • a structural height of the cold storage buffer is between 0.2 m and 0.4 m per 1 m 3 volume of the cold storage buffer.
  • the cold storage buffer can be operated in the manner of a stratified storage.
  • the cooling heat exchanger is constantly supplied with relatively cold cooling medium from the lower end region of the cold buffer reservoir. As a result, for cooling the process liquid in the cooling heat exchanger, even after a long-lasting operation of the pasteurization plant with a high cooling power requirement, sufficiently cold cooling medium from the lower end region of the cold buffer storage is available for a long time.
  • the cooling energy removed from the cold storage tank by cooling heat exchanger discharge from cold storage medium can be returned to the cold storage tank by supplying warmer cooling medium from an upper end region of the cold storage tank, cooling the extracted cooling medium via the cold transfer medium, and feeding the cooled medium into a lower end region be redelivered.
  • the height to diameter ratio may be in the range of 1 to 3 to 1.
  • at least one temperature sensor is arranged in the interior of the cold buffer storage at least in the lower end region, in a middle region and in an upper end region. This makes it possible to record the temperatures of the cooling medium in the respective areas of the cold buffer storage. This is particularly useful when operating the cold storage tank as stratified storage.
  • the state of charge of the cold storage buffer or the extent of the charge with cooling energy can be determined or monitored.
  • the temperature information from the areas inside the buffer memory can advantageously be transmitted to a higher-level control device of the pasteurization plant for the purpose of automated and / or manual control.
  • the heat storage tank has a storage volume between 0.01 m 3 and 3 m 3 per 1 kW heat output of the heat pump.
  • a sufficient buffer storage volume is also provided for storing the heat energy generated by the heat pump in order to allow the most constant, uniform operation of the heat pump at a high level of performance.
  • the heat storage tank has a storage volume between 0.02 m 3 and 1 m 3 per 1 kW heat output of the heat pump.
  • a structural height of the heat storage tank is between 0.2 m and 0.4 m per 1 m 3 volume of the heat storage tank.
  • the heat storage tank can be operated in the manner of a stratified storage.
  • the height to diameter ratio may be in the range of 1 to 3 to 1.
  • At least one temperature sensor is arranged in the interior at least in the lower end region, in a middle region and in an upper end region. Again, a detection of the temperatures of the heating medium in the respective areas of the heat storage tank is made possible, and the loading of the heat storage tank with heat energy can be detected and monitored.
  • the cooling circuit between the cold transmission medium and the cold buffer memory has a bypass line, which is assigned at least one flow control device. This bypass line can be used in conjunction with the flow control device for control purposes in the cooling circuit, for example, for selectively setting a temperature level of the cooling medium.
  • bypass line which is associated with at least one flow control device.
  • This bypass line can also be used in conjunction with the flow control device for control purposes.
  • a development may be expedient in which in the cooling circuit for supplying a cooling medium in the cooling heat exchanger from the cold storage buffer and for Zumoni- tion of the cooling medium in the cold transfer medium from the cold storage each store a flow adjustable pump is arranged.
  • a flow adjustable pump is arranged in which in the cooling circuit for supplying a cooling medium in the cooling heat exchanger from the cold storage buffer and for Zumoni- tion of the cooling medium in the cold transfer medium from the cold storage each store a flow adjustable pump is arranged.
  • a flow-controllable pump is arranged in the heating circuit for supplying a heating medium in the heating heat exchanger from the heat storage tank and for supplying the heating medium in the heat transfer medium from the heat storage tank.
  • a flow-controllable pump is arranged in the heating circuit for supplying a heating medium in the heating heat exchanger from the heat storage tank and for supplying the heating medium in the heat transfer medium from the heat storage tank.
  • both the provision and supply of cooling energy to the process liquid controlled or specifically controlled control technology, and the temperature level of the cooling medium can be adjusted specifically.
  • the invention is also independently and independently solved by a method for the pasteurization of bottled in closed containers food, the method is in particular by means of a system with the specified characteristics executable.
  • the method comprises the transport of the containers by means of a conveyor in a transport direction successively through at least one heating zone, at least one pasteurization zone and at least one cooling zone,
  • process liquid is supplied to a respective zone at least partially from another zone, and / or from the same zone and / or from a cold tank and / or via a supply line.
  • a subset of the process liquid is taken from the cold tank, cooled by a cooling heat exchanger and returned to the cold tank, wherein cooling energy is transferred to the cooling heat exchanger of a cooling circuit comprising a refrigerant transfer means of a heat pump.
  • the thermal energy generated in this case in a heating circuit comprising a heat transfer medium of the heat pump is used to increase the temperature of the process liquid in the supply line via a heating heat exchanger as required.
  • the cooling energy generated in the cold transfer means via a guided through the refrigerant transfer medium while cooling the cooling medium introduced into a lower end of an integrated as a hydraulic switch in the cooling circuit cold storage, and cooling medium from an upper end of the cold storage buffer in the cold transfer medium is returned.
  • the heat energy generated in the heat transfer medium is introduced via a heated medium conducted through the heat transfer medium into an upper end region of a heat buffer integrated in the heating circuit as a hydraulic switch, and heating medium is returned from an upper end region of the heat buffer into the heat transfer medium.
  • the cooling energy generated by the heat pump in the cold transfer means in the lower end of the cold storage buffer can be cached.
  • the heat- transmission means of the heat pump heat energy generated in the heat storage buffer are cached. In this case, the cooling or heat energy can be removed as required from the refrigeration or heat storage tank and fed via the cooling medium or the heating medium to the cooling heat exchanger or the heating heat exchanger.
  • the demand-dependently removed via the two heat exchanger cooling respectively heat energy can be introduced via the guided via the refrigerant transfer medium cooling medium or via the heat transfer medium of the heat pump out the heating medium in the cold storage tank or in the heat storage tank, creating an energetically and economically highly efficient operation of Pasteurization plant is made possible.
  • the cooling medium is supplied to the cooling heat exchanger from the lower end of the cold storage buffer, and is returned after passing through the cooling heat exchanger in the upper end of the cold storage buffer.
  • particularly cold cooling medium can be supplied to the cooling heat exchanger, as a result of which the process fluid, which flows through the cooling heat exchanger in a materially separated manner from the cooling medium, is cooled in an efficient manner.
  • the process liquid and the cooling medium are preferably passed through the cooling heat exchanger in a counterflow principle.
  • the heating medium is supplied to the heating heat exchanger from an upper end portion of the heat storage tank, and is returned after passing through the heating heat exchanger in a lower end portion of the heat storage tank.
  • heating medium of particularly high temperature can be supplied to the heating heat exchanger, as a result of which the process liquid, which flows through the heating medium in a materially separated manner from the heating medium, is heated in an efficient manner.
  • the process liquid and the heating medium are again guided in countercurrent through the heating heat exchanger.
  • the process liquid in the cold tank is demand-dependent by means of a cooling tower, in particular, or as a cold water supply line formed recooler is additionally cooled.
  • cooling power peaks can be covered or the process fluid can still be cooled when the heat pump is at a standstill.
  • the temperatures of the cooling medium in the cold storage buffer and the temperatures of the heating medium in the heat buffer are detected by means of at least one lower end region, in a central region and in an upper end region of the cold storage buffer and the heat buffer memory arranged temperature sensors. This is particularly useful if the cold storage tank or the heat storage tank are operated as a stratified storage with temperature stratification of the cooling medium, respectively the heating medium.
  • the temperature information from the respective areas in the interior of the refrigeration and heat storage tank can advantageously be transmitted to a higher-level control device of the pasteurization plant, in particular for monitoring the state of charge.
  • a respective quantity of cooling medium supplied from the cold storage tank for supply to the cooling heat exchanger is adapted to the respective cooling requirement and / or a required temperature level of the cooling medium by means of flow-controllable pumps.
  • the supply of cooling medium from the cold storage buffer into the cooling heat exchanger can be increased.
  • the flow rate of cooling medium can be reduced via the refrigerant transfer means to cool the cooling medium in the cold transfer medium to lower temperatures.
  • the containers may also be expedient for the containers to be cooled to a predetermined target temperature by means of the process liquid in a cooling zone arranged along the transport direction at the end, and the temperature of the cooling medium in the lower end region of the cold buffer to be set to a temperature level below this target temperature ,
  • This is particularly useful in the pasteurization of foods with sensitive ingredients to discourage loss of taste, nutritional value or a change in the consistency of the food.
  • it can be provided that upon detection of a temperature of the cooling medium in the lower end region of the cold storage tank above a temperature of the process liquid in the cold tank and / or above a threshold temperature which can be set in advance, at least a subset of the cooling medium via a bypass line after leaving the cold transfer medium immediately returned to the refrigerant transfer agent.
  • the cooling medium can be brought to a suitable or appropriate temperature level for cooling the process fluid in the cooling heat exchanger before it is introduced into the lower end region of the cold buffer reservoir.
  • the cooling medium is only supplied to the cooling heat exchanger from the lower end region of the cold storage tank when a minimum temperature level of the cooling medium has been set below a threshold temperature which can be predetermined in the lower end region of the cold storage tank. In this way it can be avoided that the cooling medium is supplied to the cooling heat exchanger at a temperature which is not suitable or too high for cooling the process liquid.
  • an inert gas in liquid form is added to the containers prior to their entry into a heating zone initially arranged in the transport direction.
  • liquid carbon dioxide or liquid nitrogen can be introduced into the containers.
  • the food inside the containers can also be protected during pasteurisation and afterwards. In particular, so unwanted oxidative metabolic processes are obstructed by microorganisms.
  • the supply of liquid inert gas, the food or containers can be cooled before entering the pasteurization, which can affect the energy requirements during the pasteurization process.
  • Fig. 1 is a flow diagram of a plant or a process scheme for the pasteurization of food in containers.
  • the same parts are provided with the same reference numerals or the same component names, wherein the disclosures contained in the entire description can be mutatis mutandis to the same parts with the same reference numerals or component names.
  • the position information selected in the description, such as top, bottom, side, etc. are also related to the directly described and illustrated figure, and these position data are to be transferred analogously to the new position in the event of a change in position.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a plant 1 for pasteurizing bottled in closed containers 2 foods is shown schematically.
  • the plant 1 shown in FIG. 1 is designed as a so-called tunnel pasteurizer, in which the containers 2 are transported by means of a conveying means 3, for example a conveyor belt in a transport direction 4 through several successive zones.
  • a conveying means 3 for example a conveyor belt in a transport direction 4 through several successive zones.
  • two heating zones 5, 6, then two pasteurization zones 7, 8 and finally two cooling zones 9, 10 are initially provided in the transport direction 4.
  • a zone for drying the outside of the containers 2 could be provided, for example, following the cooling zone 10 arranged at the end in the transport direction 4. For reasons of clarity, such additional treatment zones are not shown in FIG.
  • irrigation devices 12 are arranged in each zone 5, 6, 7, 8, 9, 10 on the input side, by means of which the process fluid 11 is directed onto or over the outside of the process. closed containers 2 can be distributed or acted upon.
  • the sprinkler devices 12 may, for example, be formed by a plurality of spray nozzles, which may be arranged in each zone 5, 6, 7, 8, 9, 10, for example in an upper and / or lateral region.
  • the process liquid 11 can be introduced via the sprinklers 12, each with a different or set for each zone temperature level, which will be explained in more detail below.
  • the process liquid 11 can be supplied to the irrigation devices 12 of the zones 5, 6, 7, 8, 9, 10 in each case via a pump, in particular circulation pump 13.
  • a pump in particular circulation pump 13.
  • the process liquid 11 of the Anürmzone 5 with a temperature of about 35 ° C, and the Anürmzone 6 with a temperature of about 55 ° C supplied becomes.
  • the supply of the process liquid 11 into the pasteurization zones 7, 8 at a temperature of, for example, 85 ° C. can take place to heat the containers 2 or the foodstuffs contained to an effective pasteurization temperature To keep time at this pasteurization temperature.
  • the process liquid 11 at a temperature of about 50 ° C in the cooling zone 9, and at a temperature of about 30 ° C in the cooling zone 10 to initiate.
  • temperature values of the process fluid 11 given by way of example for each zone 5, 6, 7, 8, 9, 10 can, of course, be varied as needed.
  • the type or composition of the food to be pasteurized can play an important role.
  • a higher or lower pasteurization temperature than 85 ° C may be required.
  • faster cooling after pasteurization or cooling of the food to a lower temperature level may be required. This is especially true for foods with sensitive ingredients, such as sugary foods.
  • the cooling zones 9, 10, the process liquid 11 with a lower temperature level than stated above, for example, with a temperature of 45 ° C for cooling zone 9 and 25 ° C for cooling zone 10 are supplied.
  • the process liquid 11 can be collected in a lower collecting region 14 of the zones 5, 6, 7, 8, 9, 10 and for further use from the zones 5, 6, 7, 8, 9, 10 are discharged.
  • the inlet or suction sides of the circulation pumps 13 can be line-connected to the zones 5, 6, 7, 8, 9, 10 or their collecting regions 14, to at least part of the process liquid 11 from the collecting regions 14 immediately again one of the zones 5, 6, 7, 8, 9, 10 supply.
  • the circulating pump 13 which is line-connected on the input side to the collecting area 14 of the heating zones 5, has its output side with the sprinkling device 12
  • Cooling zone 10 is conductively connected. This may primarily be expedient because the process liquid 11 cools down in the heating zone 5 by the heat absorption of the containers 2 or food, and after passing through the heating zone 5 has a suitable temperature level for cooling the containers 2 in the cooling zone 10.
  • feeding the process liquid 11 from the collecting area 14 of the cooling zone 10 to the sprinkling device 12 of the heating zone 5 may be expedient, as is also illustrated schematically in the exemplary embodiment of the pasteurization plant 1 in FIG.
  • a reciprocal supply of the process liquid 11 from the heating zone 6 to the cooling zone 9 and vice versa can be provided analogously.
  • the circulation pumps 13 associated with the pasteurization zones 7, 8 can be provided for the at least partial recovery of the process liquid 11 from the collecting space of zone 7 or zone 8 to the irrigation devices 12 of the corresponding zone 7 or zone 8 respectively be.
  • the process fluid 11 is circulated around the pasteurization zone 7 and around the pasteurization zone 8.
  • at least partial quantities of the process liquid 11 accumulating in the collecting regions 14 are fed to collecting containers instead of being pumped back into a treatment zone 5, 6, 7, 8, 9, 10.
  • a cold tank 15 is arranged, which is intended for collecting process liquid 11 at a low temperature level.
  • process liquid 11 can be supplied to the cold tank 15 from collecting areas 14, in which the process liquid 11 has a comparatively low temperature.
  • the cold tank 15 is therefore conductively connected in particular to the collecting area 14 of the heating zone 5 and the collecting area 14 of the cooling zone 10.
  • a heat tank 16 is arranged, which is provided for the collection and intermediate storage of process fluid with a high temperature level. Therefore, it may be useful to supply process fluid 11 from the collecting areas 14 of the pasteurization zones 7, 8 to this heat tank 16, as is also illustrated schematically in FIG. 1.
  • each treatment zone 5, 6, 7, 8, 9, 10 process fluid 11 can be supplied with a selectively settable or adjustable temperature.
  • the other side of the cooling heat exchanger 19 is connected to the transmission of cooling energy to the process liquid 11 with a cooling circuit 20 of a cold transfer means 21 of a heat pump 22.
  • the cooling circuit 20 includes a cooling medium 23, which may in particular be substantially formed by water.
  • the antifreeze or other additives may be added to the cooling medium 23 or water.
  • the process liquid 11 and the cooling medium 23 are materially separated through the cooling heat exchanger 19, preferably in the countercurrent principle.
  • the cooling circuit 20 comprises an integrated as a hydraulic switch cold buffer memory 24, which in an upper end region with an outlet of the cold transfer means 21 of the heat pump 22 and in a lower end region with an input of the cold transfer agent 21, and in an upper end region with a Output of the cooling heat exchanger 19 and in a lower end portion with an input of the cooling heat exchanger 19 is line connected.
  • a hydraulic switch cold buffer memory 24 which in an upper end region with an outlet of the cold transfer means 21 of the heat pump 22 and in a lower end region with an input of the cold transfer agent 21, and in an upper end region with a Output of the cooling heat exchanger 19 and in a lower end portion with an input of the cooling heat exchanger 19 is line connected.
  • a means for decoupling the cooling power extraction in the cooling heat exchanger 19 and the cooling energy generated in the cold transfer medium 21 is created by the cold buffer memory 24. Any excess cooling energy generated in the cold transmission means 21 of the heat pump 22 can be temporarily stored in the cold storage tank 24 for later use or removal. It may be advantageous if the cold storage tank 24 has a storage volume between 0.01 m 3 and 3 m 3 per 1 kW cooling capacity of the heat pump 22. Preferably, the cold storage tank has a storage volume between 0.02 m 3 and 1 m 3 per 1 kW of cooling capacity of the heat pump. Furthermore, it may be expedient that a constructional height of the cold buffer storage 24 is between 0.2 m and 0.4 m per 1 m 3 volume of the cold storage buffer 24.
  • the height to diameter ratio may be in the range of 1 to 3 to 1.
  • Hot liquids for example warm water
  • the cooling heat exchanger 19 relatively cold cooling medium 23 is supplied from the lower end of the cold storage buffer 24, and after passing through the cooling heat exchanger 19, the thus heated cooling medium 23 is returned to the upper end of the cold storage buffer 24.
  • relatively cold cooling medium from the upper end region can be taken from the cold buffer reservoir 24 continuously, cooled by the cold transfer medium 21, and as a relatively cold cooling medium
  • a supply of the cooling medium in the cooling heat exchanger from other areas than the lower end of the cold storage buffer may be useful, especially if a higher temperature level of the cooling medium appropriate is.
  • further line connections between cold storage tank and cooling heat exchanger would be provided. This is not shown in FIG. 1 for reasons of clarity.
  • at least one temperature sensor 25 for detecting the temperatures may be provided inside the cold buffer reservoir 24 at least in the lower end region, in a middle region and in an upper end region the cooling medium 23 may be arranged in the respective areas of the cold storage buffer 24.
  • the cooling circuit 20 between the cold transmission medium 21 and the cold buffer memory 24 may have a bypass line 26, which is associated with at least one flow control device 27.
  • the flow control device 27 is formed by a controllable three-way valve, by means of which the flow rates of the cooling medium 23 in a circle around the Kältübertragungsmit- tel 21 and the flow rates in the cold storage buffer 24 for its loading Cooling medium 23 are infinitely adjustable.
  • one flow-controllable pump 28 is arranged in the cooling circuit 20 for supplying the cooling medium 23 in the cooling heat exchanger 19 from the cold storage tank 24 and for supplying the cooling medium 23 in the cold transfer medium 21 from the cold storage tank 24.
  • the temperature sensors 25, the fürflußregelvomchtung 27, the pump 28, and the heat pump 22 itself can be connected in terms of data technology or electrically connected to a control device, not shown in FIG. 1, for example, a so-called PLC control.
  • a control device not shown in FIG. 1, for example, a so-called PLC control.
  • the flow control device 27, the pump 28 and the heat pump 22, and their subordinate or internal controls can be controlled automatically according to the respective requirements.
  • a respectively supplied to the cold storage tank 24 and removed from the cold storage tank 24 for supply to the cooling heat exchanger 19 amount of cooling medium 23 by means of the flow-controlled pump 28 to the respective Cooling demand and / or a required temperature level of the cooling medium 23 is adjusted.
  • a smaller amount of cooling medium 23 can be guided via the cold transfer medium 21.
  • a higher residence time in the cold transfer medium 21 can be set for the cooling medium 23.
  • the cooling medium can absorb more cooling energy in the cold transmission medium 21, and is thereby cooled more strongly or brought to a lower temperature level.
  • a need for particularly cold cooling medium 23 may exist, for example, when containers 2 or the foodstuffs in the containers 2 are to be cooled to a predetermined, low target temperature by means of the process liquid 11 in a cooling zone 10 arranged at the end along the transport direction 4.
  • the temperature of the cooling medium 23 in the lower end region of the cold storage buffer 24 can be set to a temperature level below this target temperature.
  • process liquid 11 can be taken from the cold tank 15 as required, for example, guided through the cooling tower 29, and then returned to the cold tank 15, so that the process liquid 11 in the cold tank 15 is demand-dependent, in particular for covering of cooling power peaks in addition by means of a particular designed as a cooling tower 29 or cold water supply line 39 recooling can be additionally cooled.
  • the cold tank 15 and / or the heat tank 16 may have a drain 40.
  • the heat tank 16 is conductively connected to one side of a heater core 30.
  • the other side of the heating heat exchanger 30 is conductively connected to heat energy transferring heat to a heating circuit 31 comprising a heat transfer means 32 of the heat pump 22.
  • the heating circuit 31 includes a heating medium 33, which in turn may be formed substantially by water.
  • the antifreeze or other additives may be added to the heating medium 33 or water.
  • the process liquid 11 and the heating medium 33 are materially separated out through the heat exchanger 30, preferably in countercurrent principle.
  • Temperature of the process liquid 11 is used in the flow 18 via a heater core 30.
  • the zones, in particular the pasteurization zones 7, 8, are fed via the feed line 18 process fluid 11 with at least pasteurization temperature.
  • a heating means can be provided in the outlet 18 of the heating heat exchanger 30 for additional heating of the process liquid 11.
  • the heating means may be formed by a heat exchanger 34 acted upon by water vapor.
  • process fluid 11 from the heat tank 16 can be added to the supply line 18, or to feed process fluid 11 to the heat tank 16 from the supply line 18, as is schematically outlined in FIG. 1.
  • the heating circuit 31 includes a hydraulic switch incorporated as a heat storage tank 35, which at an upper end portion with an output of the heat transfer means 32 of the heat pump 22 and in a lower end portion with an input of the heat transfer means 32, and in an upper end portion with a Input of the heating heat exchanger 30 and in a lower end portion with an output of the heating heat exchanger 30 is conductively connected.
  • a hydraulic switch incorporated as a heat storage tank 35, which at an upper end portion with an output of the heat transfer means 32 of the heat pump 22 and in a lower end portion with an input of the heat transfer means 32, and in an upper end portion with a Input of the heating heat exchanger 30 and in a lower end portion with an output of the heating heat exchanger 30 is conductively connected.
  • the heating heat exchanger 30 may advantageously be supplied with relatively hot heating medium 33 from the upper end portion of the heat storage tank 35, and returned to a lower end portion of the heat storage tank 35 after passage through the heating heat exchanger 30 and corresponding discharge of heat energy.
  • the heat buffer memory 35 is thus in turn a means for decoupling the heat extraction in the heat exchanger 30 and the heat in the heat transfer medium 32 generated heat energy created. Any excess heat generated in the heat transfer medium 32 of the heat pump 22 can be temporarily stored in the heat buffer memory 35 for later use or removal.
  • An embodiment of the heat accumulator 35 may be advantageous, in which it has a storage volume between 0.01 m 3 and 3 m 3 per 1 kW heat output of the heat pump 22.
  • the heat storage tank has a storage volume between 0.02 m 3 and 1 m 3 per 1 kW heat output of the heat pump.
  • a constructional height of the heat storage tank 35 is between 0.2 m and 0.4 m per 1 m 3 volume of the heat storage tank 35.
  • the height to diameter ratio may be in the range of 1 to 3 to 1.
  • At least one temperature sensor 25 may be arranged in each case at least in the lower end region, in a middle region and in an upper end region of the heat accumulator 35 in order to enable an automatically controlled or regulated provision of heat energy in the heating circuit 31.
  • the temperatures of the heating medium 33 in the respective areas in the interior of the heat storage tank 35 can be detected.
  • the heating circuit 31 between the heat transfer medium 32 and the heat buffer memory 35 has a bypass line 36, which at least one flow control device 37 is assigned.
  • the flow control device 37 may in turn be formed by a controllable three-way valve, by means of which the flow rates of the heating medium 33 in the circuit around the heat transfer medium 32 and the flow rates of the heating medium 33 for charging the heat storage tank 35 are infinitely variable.
  • each a flow-controlled pump 38 is arranged.
  • the temperature sensors 25, the flow control device 37 and the pumps 38 may in turn be data technically or electrically connected to the PLC control device already mentioned above.
  • the heat pump 22 shown schematically in FIG. 1 can in principle be formed by any suitable type of heat pump, so for example a so-called compression heat pump or, for example, an absorption heat pump can be used.
  • the transfer of the cooling energy generated by the heat pump 22 to the cooling medium 23 can take place via or in suitable cold transfer means 21 designed as a heat exchanger.
  • the heat energy generated by the heat pump 22 can be transferred to the heating medium 33, depending on the type of heat pump, via or in suitable heat transfer means 32 designed as a heat exchanger.
  • a compression heat pump is used, which can be operated by applying a compressor or compressor with electrical energy.
  • the cold transfer means 21 may be constituted by the evaporator (s) of the heat pump 22
  • the heat transfer means 32 may be constituted by the condenser (s) of the heat pump 22.
  • an inert gas in liquid form is added as a protective gas for the food in the container 2.
  • This can lead to a lowering of the temperature of the food or containers 2 just before entry into the system 1, so that, for example, in such cases larger heating capacities are required.
  • both the cold buffer 24 and the heat buffer 35, as well as their supply and discharge lines to minimize losses of cooling energy or heat energy are preferably thermally insulated, or are coated with corresponding insulation material.
  • the same can also be expedient for other elements of the cooling circuit 20 and the heating circuit 31, in particular the cooling heat exchanger 19 and the heating heat exchanger 30.
  • Container 32 heat transfer medium

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage (1) sowie ein Verfahren für die Pasteurisierung von in verschlossenen Behältnissen (2) abgefüllten Lebensmitteln. Die Behältnisse (2) werden in wenigstens einer Anwärmzone (5, 6), wenigstens eine Pasteurisierungszone (7, 8) und wenigs- tens eine Abkühlzone (9, 10) mit einer Prozessflüssigkeit (11) beaufschlagt. Zum bedarfsweisen Abkühlen respektive Erwärmen der Prozessflüssigkeit (11), jeweils über Wärmetauscher (19, 30) wird in einem Kühlkreis (20) ein Kühlmedium (23) mittels einer Wärmepumpe (22) abgekühlt, und in einem Heizkreis (31) ein Heizmedium (33) mittels der Wärmepumpe (22) erwärmt. Zur Bereitstellung von Kühlungsenergie wird das abgekühlte Kühlmedium (23) in einen unteren Endbereich eines Kältepufferspeichers (24) eingeleitet, zur Bereitstellung von Wärmeenergie wird das erwärmte Heizmedium (33) in einen oberen Endbereich eines Wärmepufferspeichers (35) eingeleitet.

Description

Anlage und Verfahren für die Pasteurisierung von Lebensmitteln
Die Erfindung betrifft eine Anlage für die Pasteurisierung von in verschlossenen Behältnissen abgefüllten Lebensmitteln, sowie ein Verfahren für die Pasteurisierung von in Behältnissen abgefüllten Lebensmitteln.
Eine Pasteurisierung von Lebensmitteln, insbesondere flüssigen Lebensmitteln, wird heutzutage häufig vorgenommen, um potentiell schädliche Mikroorganismen in den Lebensmitteln abzutöten, und unter anderem die Haltbarkeit der Lebensmittel zu erhöhen. Bei einer verbreitet angewandten Methode werden die Lebensmittel dabei vorab in Behältnisse abgefüllt, die Behältnisse verschlossen und anschließend pasteurisiert. Häufig kommen sogenannte Tunnel- pasteure zum Einsatz, bei welchen die verschlossenen Behältnisse anfangs in Behandlungszonen mit sukzessive ansteigender Temperatur eines Prozessmediums beaufschlagt, zum Bei- spiel berieselt oder überschüttet werden. Darauf folgen Behandlunsgzonen, in welchen die
Behältnisse in dieser Weise auf Pasteurisierungstemperatur gebracht und für eine bestimmte, ausreichende Zeitdauer gehalten werden. Anschließend erfolgt ein sukzessives Abkühlen in weiteren Behandlungszonen. Für einen typischen Pasteur, zum Beispiel ein Tunnelpasteur wird demgemäß sowohl Küh- lungs- als auch Wärmeenergie benötigt, einerseits um die Prozessflüssigkeit insbesondere für die Erwärmungszonen und die Pasteurisierungszonen zu erwärmen, und andererseits für die Abkühlzonen abzukühlen. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, zum Einbringen von Wärme- und Kühlungsenergie Wärmepumpen zu verwenden. Aus der DE 10 2013 112 398 AI ist beispielsweise eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt geworden, bei welchem die Wärmeenergie der Prozessflüssigkeit auf einem niedrigem Temperaturniveau mittels einer Wärmepumpe zum Erwärmen der Prozessflüssigkeit in einem Puffertank auf ein höheres Temperaturniveau benutzt wird. Bei dem in der DE 10 2013 112 398 AI offenbarten Pasteur ist die Wärmepumpe direkt bzw. unmittelbar über Wärmetauscher mit Prozessflüssigkeit füh- renden Leitungen, bzw. spezifischen Behandlungszonen verbunden. In solchen Fällen ist es nur unter günstigen Bedingungen möglich, durch den Einsatz einer Wärmepumpe mit verhältnismäßig geringer Aufwendung an zum Beispiel elektrischer Energie, große Mengen an Kühlungs- bzw. Wärmeenergie bereitzustellen. Solche günstigen Bedingungen liegen dabei nur dann vor, wenn einerseits hoher Bedarf an Kühlungs- und Wär- meleistung im Pasteur besteht, und andererseits gleichzeitig einander zumindest im Wesentlichen entsprechender Kühlungsleistungsbedarf und Wärmeleistungsbedarf im Pasteur besteht. Häufig ist dies jedoch nicht der Fall, und kann folglich bei vorbekannten Pasteuren mit Wärmepumpen, beispielsweise bei dem in der DE 10 2013 112 398 AI offenbarten Pasteurs, ein Betrieb der Wärmepumpe auf konstant hohem Leistungsniveau nicht oder zumindest nur sehr eingeschränkt erfolgen. Daher besteht Verbesserungsbedarf hinsichtlich eines möglichst ener- gie- und kosteneffizienten Betriebs von derartigen Pasteuren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die bestehenden Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine verbesserte Vorrichtung bzw. Pasteurisierungsanlage, sowie ein verbessertes Verfahren für die Pasteurisierung von Lebensmitteln zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird einerseits durch eine Anlage und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 16 gelöst. Es wird eine Anlage für die Pasteurisierung von in verschlossenen Behältnissen abgefüllten Lebensmitteln durch Beaufschlagung der Behältnisse mit einer Prozessflüssigkeit bereitgestellt.
Die Anlage umfasst wenigstens eine Anwärmzone, wenigstens eine Pasteurisierungszone und wenigstens eine Abkühlzone, sowie ein Fördermittel zum Transport der Behältnisse in einer Transportrichtung aufeinanderfolgend durch die Anwärmzone(n), die Pasteurisierungszone(n) und die Abkühlzone(n).
Des Weiteren umfasst die Anlage einen Kältetank und einen Wärmetank zum bedarfsweisen Ableiten und Sammeln der Prozessflüssigkeit aus wenigstens einigen der Zonen.
Dabei ist der Kältetank mit einer Seite eines Kühlungswärmetauschers leitungsverbunden. Die andere Seite des Kühlungswärmetauschers ist zur Übertragung von Kühlungsenergie mit einem Kühlkreis umfassend ein Kälteübertragungsmittel einer Wärmepumpe leitungsverbunden. Der Wärmetank ist mit einer Seite eines Heizungswärmetauschers leitungsverbunden. Die andere Seite des Heizungswärmetauschers ist zur Übertragung von Wärmeenergie mit einem Heizkreis umfassend ein Wärmeübertragungsmittel der Wärmepumpe leitungsverbunden. Im Besonderen ist vorgesehen, dass der Kühlkreis einen als hydraulische Weiche eingebundenen Kältepufferspeicher umfasst, welcher in einem oberen Endbereich mit einem Ausgang des Kälteübertragungsmittels der Wärmepumpe und in einem unteren Endbereich mit einem Eingang des Kälteübertragungsmittels, sowie in einem oberen Endbereich mit einem Ausgang des Kühlungswärmetauschers und in einem unteren Endbereich mit einem Eingang des Küh- lungswärmetauschers leitungsverbunden ist
Außerdem ist vorgesehen, dass der Heizkreis einen als hydraulische Weiche eingebundenen Wärmepufferspeicher umfasst, welcher an einem oberen Endbereich mit einem Ausgang des Wärmeübertragungsmittels der Wärmepumpe und in einem unteren Endbereich mit einem Eingang des Wärmeübertragungsmittels, sowie in einem oberen Endbereich mit einem Eingang des Heizungswärmetauschers und in einem unteren Endbereich mit einem Ausgang des Heizungswärmetauschers leitungsverbunden ist.
Durch diese Merkmale ist sowohl im Kühlkreis als auch im Heizkreis jeweils ein Reservoir bereitgestellt, in welchem die von der Wärmepumpe erzeugte Kühlungsenergie bzw. Wärmeenergie via ein jeweils Kühlungsenergie respektive Wärmeenergie tragendes Medium gespeichert werden kann. Diese (zwischen)gespeicherte Kühlungs- bzw. Wärmeenergie kann bedarfsabhängig aus dem Kältepufferspeicher bzw. den Wärmepufferspeicher entnommen, und der Prozessflüssigkeit über den Kühlungswärmetauscher bzw. den Heizungswärmetauscher zugeführt werden. Auf diese Weise können insbesondere Energieengpässe vermieden bzw. zumindest minimiert werden, und kann außerdem ein Einsatz von energieineffizienten, zusätzlichen Kühlungs- und Heizungsvorrichtungen zumindest weitestgehend hintangehalten werden. Die über die Wärmetauscher bedarfsabhängig entnommene Kühlungs- bzw. Wärmeenergie kann mittels des Kälteübertragungsmittels bzw. des Wärmeübertragungsmittels der Wärmepumpe in den Kältepufferspeicher bzw. in den Wärmepufferspeicher wieder eingebracht werden, wodurch ein energetisch und wirtschaftlich hocheffizienter Betrieb der Pasteu- risierungsanlage ermöglicht wird. Dies vor allem auch im Falle von stark schwankenden Kühl- und/oder Heizleistungsabnahmen bzw. Leistungsbedarf, zum Beispiel bei einem Wechsel zwischen Vollbetrieb und zeitweiligem Stillstand der Anlage. Ein Stillstand der Anlage kann beispielsweise bei einem Chargenwechsel, oder bei einer fälligen Wartungsoperation oder Dergleichen eintreten. Des Weiteren kann eine Wärmepumpe mit hoher Energieleistung eingesetzt bzw. verwendet werden, da ein Reservoir zur Aufnahme und Zwischenspeicherung der von der Wärmepumpe erzeugten Kühlungsenergie und Wärmeenergie bereitgestellt ist. Weiters kann die Zufuhr von Frischwasser minimiert werden, was sowohl in ökologischer als auch in verfahrensökonomischer Hinsicht vorteilhaft ist.
Die Seite des Kühlungswärmetauschers, welche von einem Kühlmedium durchströmt wird, kann auch als Primärseite bezeichnet werden, die Seite des Kühlungs Wärmetauschers, welche von der Prozessflüssigkeit durchströmt wird kann als Sekundärseite bezeichnet werden.
Ebenso kann die Seite des Heizungswärmetauschers, welche von einem Heizmedium durch- strömt wird als Primärseite, und die Seite des Heizungs Wärmetauschers, welche von der Pro- zessflüssigkeit durchströmt wird, als Sekundärseite des Heizungswärmetausches bezeichnet werden.
Bei einer Weiterbildung der Anlage kann vorgesehen sein, dass zur Abdeckung von Küh- lungsleistungsspitzen ein mit dem Kältetank leitungsverbundenes Rückkühlmittel vorgesehen ist.
Hierbei kann das Rückkühlmittel durch einen Kühlturm oder eine Kaltwasserzuleitung gebildet sein. Dadurch ist eine Sicherheitsreserve im Sinne einer zusätzlichen Notkühlung geschaf- fen, welche auch beispielsweise bei einem grundsätzlich möglichen Ausfall der Wärmepumpe oder bei einer Wartung der Wärmepumpe zum Einsatz kommen kann.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass in einem ausgangsseitig des Heizungswärmetauschers angeordnetem Vorlauf zur zusätzlichen Erhitzung der Prozessflüssigkeit ein Heizmittel vorge- sehen ist. Hierbei kann das Heizmittel durch einen mit Wasserdampf beaufschlagten Wärmetauscher gebildet sein. Damit ist ein Mittel zur weiteren Erhitzung der Prozessflüssigkeit im Bedarfsfall geschaffen. Das zusätzliche Heizmittel, beispielsweise der mit Wasserdampf beaufschlagte Wärmetauscher kann zum Beispiel beim Erfordernis besonders hoher Pasteurisie- rungstemperaturen zum Einsatz kommen. Außerdem bildet das zusätzliche Heizmittel wiederum eine Sicherheitsreserve zum Einbringen von Wärmeenergie in den Vorlauf der Prozessflüssigkeit.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann es von Vorteil sein, wenn der Kältepufferspeicher im Kühlkreis ein Speichervolumen zwischen 0,01 m3 und 3 m3 pro 1 kW Kühlleistung der Wärmepumpe aufweist. Dadurch ist ein ausreichendes Pufferspeichervolumen bereitgestellt, um einen möglichst konstanten, gleichmäßigen Betrieb der Wärmepumpe auf hohem Leistungsniveau zu ermöglichen. Dadurch kann die Energieeffizienz und damit die Wirtschaftlichkeit der Pasteurisierungsanlage weiter verbessert werden. Vorzugsweise weist der Kältepuf- ferspeicher ein Speichervolumen zwischen 0,02 m3 und 1 m3 pro 1 kW Kühlleistung der Wärmepumpe auf.
Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, dass eine bauliche Höhe des Kältepufferspeichers zwischen 0,2 m und 0,4 m pro 1 m3 Volumen des Kältepufferspeichers beträgt. Auf diese Weise kann der Kältepufferspeicher in der Art eines Schichtspeichers betrieben werden. Insbesondere ist es möglich, dass im Betrieb der Pasteurisierungsanlage dem Kühlungswärmetauscher beständig verhältnismäßig kaltes Kühlmedium aus dem unteren Endbereich des Kältepufferspeichers zugeführt wird. Dadurch steht zur Abkühlung der Prozessflüssigkeit in dem Kühlungswärmetauscher selbst nach langanhaltendem Betrieb der Pasteurisierungsanlage un- ter hohem Kühlleistungsbedarf lange Zeit ausreichend kaltes Kühlmedium aus dem unteren Endbereich des Kältepufferspeichers zur Verfügung. Die durch kühlungswärmetauschersei- tige Entnahme an kaltem Kühlmedium aus dem Kältepufferspeicher entnommene Kühlungsenergie kann durch Zuführung von wärmeren Kühlmedium aus einem oberen Endbereich des Kältepufferspeichers, Abkühlen des entnommenen Kühlmediums über das Kälteübertragungs- mittel, und Zuleitung des abgekühlten Mediums in einen unteren Endbereich wieder in den Kältepufferspeicher nachgeliefert werden. Im Falle eines zylindrisch ausgeführten Kältepufferspeichers kann das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser beispielsweise im Bereich von 1 bis 3 zu 1 liegen. Hierbei kann außerdem vorgesehen sein, dass im Inneren des Kältepufferspeichers wenigstens in dem unteren Endbereich, in einem mittleren Bereich und in einem oberen Endbereich jeweils zumindest ein Temperatursensor angeordnet ist. Dadurch ist eine Erfassung der Tempe- raturen des Kühlmediums in den jeweiligen Bereichen des Kältepufferspeichers ermöglicht. Dies ist insbesondere zweckmäßig bei Betrieb des Kältepufferspeichers als Schichtspeicher. Auf diese Weise lässt sich insbesondere der Ladezustand des Kältepufferspeichers bzw. das Ausmaß der Beladung mit Kühlungsenergie feststellen bzw. überwachen. Die Temperaturinformationen aus den Bereichen im Inneren des Pufferspeichers können zwecks automatisierter und/oder manueller Regelung vorteilhafterweise an eine übergeordnete Steuerungsvorrichtung der Pasteurisierungsanlage übertragen werden.
Betreffend den Heizkreis kann vorgesehen sein, dass der Wärmepufferspeicher ein Speichervolumen zwischen 0,01 m3 und 3 m3 pro 1 kW Heizleistung der Wärmepumpe aufweist. Dadurch ist auch zur Speicherung der durch die Wärmepumpe erzeugten Wärmeenergie ein ausreichendes Pufferspeichervolumen bereitgestellt, um einen möglichst konstanten, gleichmäßigen Betrieb der Wärmepumpe auf hohem Leistungsniveau zu ermöglichen. Vorzugsweise weist der Wärmepufferspeicher ein Speichervolumen zwischen 0,02 m3 und 1 m3 pro 1 kW Heizleistung der Wärmepumpe auf.
Bei einer Ausgestaltungsform kann es zweckmäßig sein, wenn eine bauliche Höhe des Wärmepufferspeichers zwischen 0,2 m und 0,4 m pro 1 m3 Volumen des Wärmepufferspeichers beträgt. So kann auch der Wärmepufferspeicher in der Art eines Schichtspeichers betrieben werden. Im Falle eines zylindrisch ausgeführten Wärmepufferspeichers kann das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser beispielsweise im Bereich von 1 bis 3 zu 1 liegen.
Auch bei dem Wärmepufferspeicher kann vorgesehen sein, dass im Inneren wenigstens in dem unteren Endbereich, in einem mittleren Bereich und in einem oberen Endbereich jeweils zumindest ein Temperatursensor angeordnet ist. Wiederum ist eine Erfassung der Temperatu- ren des Heizmediums in den jeweiligen Bereichen des Wärmepufferspeichers ermöglicht, und kann die Beladung des Wärmepufferspeichers mit Wärmeenergie festgestellt und überwacht werden. Zu Regelungszwecken kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Kühlkreis zwischen dem Kälteübertragungsmittel und dem Kältepufferspeicher eine Bypassleitung aufweist, welcher wenigstens ein Durchflussregelvorrichtung zugeordnet ist. Diese Bypassleitung kann in Verbindung mit der Durchflussregelvorrichtung für Regelungszwecke im Kühlkreis eingesetzt werden, beispielsweise zur gezielten Einstellung eines Temperaturniveaus des Kühlmediums.
Es kann aber auch im Heizkreis zwischen dem Wärmeübertragungsmittel und dem Wärmepufferspeicher eine Bypassleitung vorgesehen sein, welcher wenigstens ein Durchflussregelvorrichtung zugeordnet ist. Auch diese Bypassleitung kann in Verbindung mit der Durchfluss- regelvorrichtung zu Regelungszwecken verwendet werden.
Für eine hinsichtlich Energieeffizienz sowie Kühlungsleistungs- sowie Temperaturkontrolle kann eine Weiterbildung zweckmäßig sein, bei welcher im Kühlkreis zur Zuführung eines Kühlmediums in den Kühlungswärmetauscher aus dem Kältepufferspeicher sowie zur Zufüh- rung des Kühlmediums in das Kälteübertragungsmittel aus dem Kältepufferspeicher jeweils eine durchflussregelbare Pumpe angeordnet ist. Durch Regelung des Durchflusses des Kühlmediums über das Kälteübertragungsmittel respektive den Kühlungswärmetauscher kann sowohl die Bereitstellung und Zuführung von Kühlungsenergie an die Prozessflüssigkeit kontrolliert bzw. steuerungstechnisch gezielt durchgeführt werden, als auch das Temperaturni- veau des Kühlmediums gezielt eingestellt werden. Beispielsweise kann durch Drosselung bzw. Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit bzw. Fördermenge über das Kälteübertragungsmittel das Kühlmedium auf tiefere Temperaturen abgekühlt werden.
Ebenso kann eine Ausgestaltungsform sinnvoll sein, bei welcher im Heizkreis zur Zuführung eines Heizmediums in den Heizungswärmetauscher aus dem Wärmepufferspeicher sowie zur Zuführung des Heizmediums in das Wärmeübertragungsmittel aus dem Wärmepufferspeicher jeweils eine durchflussregelbare Pumpe angeordnet ist. Auch hierbei kann durch Regelung des Durchflusses des Kühlmediums über das Kälteübertragungsmittel respektive den Kühlungswärmetauscher sowohl die Bereitstellung und Zuführung von Kühlungsenergie an die Prozessflüssigkeit kontrolliert bzw. steuerungstechnisch gezielt durchgeführt werden, als auch das Temperaturniveau des Kühlmediums gezielt eingestellt werden. Die Erfindung wird aber auch eigenständig und unabhängig durch ein Verfahren für die Pasteurisierung von in verschlossenen Behältnissen abgefüllten Lebensmitteln gelöst, wobei das Verfahren insbesondere mittels einer Anlage mit den angegeben Merkmalen ausführbar ist. Das Verfahren umfasst den Transport der Behältnisse mittels eines Fördermittels in einer Transportrichtung aufeinanderfolgend durch wenigstens eine Aufwärmzone, wenigstens eine Pasteurisierungszone und wenigstens eine Abkühlzone,
sowie die Beaufschlagung der Behältnisse in den jeweiligen Zonen mit einer geeignet temperierten Prozessflüssigkeit.
Dabei wird einer jeweiligen Zone Prozessflüssigkeit wenigstens teilweise aus einer anderen Zone, und/oder aus derselben Zone und/oder aus einem Kältetank und/oder über einen Vorlauf zugeführt.
Eine Teilmenge der Prozessflüssigkeit wird aus dem Kältetank entnommen, via einen Kühlungswärmetauscher abgekühlt und wieder in den Kältetank zurückgeführt, wobei an den Kühlungswärmetauscher von einem Kühlkreis umfassend ein Kälteübertragungsmittel einer Wärmepumpe Kühlungsenergie übertragen wird.
Die dabei in einem Heizkreis umfassend ein Wärmeübertragungsmittel der Wärmepumpe erzeugte Wärmeenergie wird zur bedarfsweisen Erhöhung der Temperatur der Prozessflüssigkeit in dem Vorlauf über einen Heizungswärmetauscher benutzt.
Im Besonderen ist vorgesehen, dass die in dem Kälteübertragungsmittel erzeugte Kühlungs- energie via ein durch das Kälteübertragungsmittel geführtes und dabei abgekühltes Kühlmedium in einen unteren Endbereich eines als hydraulische Weiche in den Kühlkreis eingebundenen Kältepufferspeicher eingeleitet, und Kühlmedium aus einem oberen Endbereich des Kältepufferspeichers in das Kälteübertragungsmittel zurückgeführt wird.
Die im Wärmeübertragungsmittel erzeugte Wärmeenergie wird via ein durch das Wärmeüber- tragungsmittel geführtes und dabei erhitztes Heizmedium in einen oberen Endbereich eines als hydraulische Weiche in dem Heizkreis eingebundenen Wärmepufferspeicher eingeleitet, und Heizmedium aus einem oberen Endbereich des Wärmepufferspeichers in das Wärmeübertragungsmittel zurückgeführt. Durch Einleiten der durch die Wärmepumpe im Kälteübertragungsmittel erzeugten Kühlungsenergie in den unteren Endbereich des Kältepufferspeichers, kann die Kühlungsenergie im Kältepufferspeicher zwischengespeichert werden. Auf der anderen Seite kann die im Wärme- übertragungsmittel der Wärmepumpe erzeugte Wärmeenergie im Wärmepufferspeicher zwischengespeichert werden. Hierbei können die Kühlungs- bzw. Wärmeenergie bedarfsabhängig aus dem Kälte- bzw. dem Wärmepufferspeicher entnommen und via das Kühlmedium respektive das Heizmedium dem Kühlungswärmetauscher bzw. dem Heizungswärmetauscher zugeführt werden. Die über die beiden Wärmetauscher bedarfsabhängig entnommene Kühlungs- respektive Wärmeenergie kann via das über das Kälteübertragungsmittel geführte Kühlmedium bzw. via das über das Wärmeübertragungsmittel der Wärmepumpe geführte Heizmedium in den Kältepufferspeicher bzw. in den Wärmepufferspeicher wieder eingebracht werden, wodurch ein energetisch und wirtschaftlich hocheffizienter Betrieb der Pasteu- risierungsanlage ermöglicht wird.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Kühlmedium dem Kühlungswärmetauscher aus dem unteren Endbereich des Kältepufferspeichers zugeführt wird, und nach Durchtritt durch den Kühlungswärmetauscher in den oberen Endbereich des Kältepufferspeichers zurückgeführt wird. Dadurch kann dem Kühlungswärmetauscher besonders kaltes Kühlmedium zugeführt werden, wodurch die Prozessflüssigkeit, welche den Kühlungswärmetauscher stofflich vom Kühlmedium getrennt durchströmt, in effizienter Art und Weise abgekühlt werden. Bevorzugt werden die Prozessflüssigkeit und das Kühlmedium hierbei im Gegenstromprinzip durch den Kühlungswärmetauscher geführt.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Heizmedium dem Heizungswärmetauscher aus einem oberen Endbereich des Wärmepufferspeichers zugeführt wird, und nach Durchtritt durch den Heizungswärmetauscher in einen unteren Endbereich des Wärmepufferspeichers zurückgeführt wird. Dadurch kann dem Heizungswärmetauscher Heizmedium mit besonders hoher Temperatur zugeführt werden, wodurch die Prozessflüssigkeit, welche den Heizungswärmetauscher vom Heizmedium stofflich getrennt durchströmt, in effizienter Art und Weise erhitzt werden. Bevorzugt werden die Prozessflüssigkeit und das Heizmedium wiederum im Gegenstromprinzip durch den Heizungswärmetauscher geführt. Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Prozessflüssigkeit in dem Kältetank bedarfsabhängig mittels eines insbesondere als Kühlturm oder als Kaltwasserzuleitung ausgebildeten Rückkühlmittels zusätzlich gekühlt wird. Dadurch können Kühlungsleistungsspitzen abgedeckt werden bzw. kann die Prozessflüssigkeit bei einem Stillstand der Wärmepumpe trotzdem abgekühlt werden. Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, wenn die Temperaturen des Kühlmediums im Kältepufferspeicher und die Temperaturen des Heizmediums im Wärmepufferspeicher mittels jeweils zumindest in einem unteren Endbereich, in einem mittleren Bereich und in einem oberen Endbereich des Kältepufferspeichers und des Wärmepufferspeichers angeordneter Temperatursensoren erfasst werden. Dies ist insbesondere sinnvoll wenn der Kältepufferspeicher bzw. der Wärmepufferspeicher als Schichtungsspeicher mit Temperaturschichtung des Kühlmediums, respektive des Heizmediums betrieben werden. Die Temperaturinformationen aus den jeweiligen Bereichen im Inneren des Kälte- und des Wärmepufferspeichers können zwecks automatisierter und/oder manueller Regelung vorteilhafterweise an eine übergeordnete Steuerungsvorrichtung der Pasteurisierungsanlage übertragen werden, insbesondere zur Überwachung des Ladezustandes.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine jeweilig dem Kältepufferspeicher zugeführte und aus dem Kältepufferspeicher zur Zuführung in den Kühlungswärmetauscher entnommene Menge an Kühlmedium mittels durchflussregelbarer Pumpen an den jeweiligen Kühlbedarf und/oder ein erforderliches Temperaturniveau des Kühlmediums angepasst wird. Bei einem hohen Kühlbedarf kann so beispielsweise die Zufuhr an Kühlmedium aus dem Kältepufferspeicher in den Kühlungswärmetauscher erhöht werden. Zur Bereitstellung tieferer Temperaturen des Kühlmediums im Kältepufferspeicher, kann beispielsweise die Fördermenge an Kühlmedium über das Kälteübertragungsmittel verringert werden, um das Kühlmedium im Kälteübertragungsmittel auf tiefere Temperaturen abzukühlen.
Es kann auch zweckmäßig sein, wenn die Behältnisse in einer entlang der Transportrichtung am Ende angeordneten Abkühlzone mittels der Prozessflüssigkeit auf eine vorab festgelegte Zieltemperatur abgekühlt werden, und die Temperatur des Kühlmediums in dem unteren End- bereich des Kältepufferspeichers auf ein Temperaturniveau unterhalb dieser Zieltemperatur eingestellt wird. Dies ist insbesondere zweckmäßig bei der Pasteurisierung von Lebensmitteln mit empfindlichen Inhaltsstoffen, um einen Verlust an Geschmack, Nährwert oder eine Änderung der Konsistenz der Lebensmittel hintanzuhalten. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass bei Erfassung einer Temperatur des Kühlmediums im unteren Endbereich des Kältepufferspeichers oberhalb einer Temperatur der Prozessflüssigkeit in dem Kältetank und/oder oberhalb einer vorab festlegbaren Schwelltemperatur, zu- mindest eine Teilmenge des Kühlmediums via eine Bypassleitung nach Austritt aus dem Kälteübertragungsmittel unmittelbar wieder in das Kälteübertragungsmittel zurückgeführt wird. Dadurch kann das Kühlmedium vor dem Einleiten in den unteren Endbereich des Kältepufferspeichers auf ein zum Abkühlen der Prozessflüssigkeit im Kühlungswärmetauscher geeignetes bzw. zweckmäßiges Temperaturniveau gebracht werden.
Es kann aber auch zweckmäßig sein, dass das Kühlmedium dem Kühlungswärmetauscher aus dem unteren Endbereich des Kältepufferspeichers erst dann zugeführt wird, wenn in dem unteren Endbereich des Kältepufferspeichers ein Mindesttemperaturniveau des Kühlmediums unterhalb einer vorab festlegbaren Schwelltemperatur eingestellt wurde. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass das Kühlmedium dem Kühlungswärmetauscher bei einer zum Abkühlen der Prozessflüssigkeit nicht geeigneten bzw. zu hohen Temperatur zugeführt wird.
Schließlich kann auch eine Verfahrensführung vorgesehen sein, bei welcher in die Behältnisse vor deren Eintritt in eine in Transportrichtung am Anfang angeordnete Anwärmzone ein Inert- gas in flüssiger Form zugesetzt wird. Beispielsweise kann flüssiges Kohlendioxid oder flüssiger Stickstoff in die Behältnisse eingeleitet werden. Dadurch können die Lebensmittel im Inneren der Behältnisse zusätzlich während der Pasteurisierung und auch danach geschützt werden. Insbesondere sind so unerwünschte oxidative Stoffwechselvorgänge durch Mikroorganismen hintangehalten. Durch die Zufuhr von flüssigem Inertgas können die Lebensmittel bzw. Behältnisse vor dem Eintritt in die Pasteurisierungsanlage abgekühlt werden, was sich auf den Energiebedarf während des Pasteurisierungsvorgangs auswirken kann. Durch die Zwischenspeicherung von Kühlungs- und Wärmeenergie in dem Kältepufferspeicher bzw. den Wärmepufferspeicher ist dennoch eine reibungslose und energieeffiziente Verfahrensführung ermöglicht.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert.
Es zeigt in stark vereinfachter, schematischer Darstellung: Fig. 1 ein Fließschema einer Anlage bzw. ein Verfahrensschema für die Pasteurisierung von Lebensmitteln in Behältnissen. Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un- ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Anlage 1 zum Pasteurisieren von in verschlossenen Behältnissen 2 abgefüllten Lebensmitteln schematisch dargestellt. Die in der Fig. 1 dar- gestellte Anlage 1 ist als sogenannter Tunnelpasteur ausgeführt, bei welchem die Behältnisse 2 mittels eines Fördermittels 3, beispielsweise ein Förderband in einer Transportrichtung 4 durch mehrere aufeinanderfolgende Zonen transportiert werden. Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbespiel sind in Transportrichtung 4 zunächst zwei Anwärmzonen 5, 6, dann zwei Pasteurisierungszonen 7, 8 und schließlich zwei Abkühlzonen 9, 10 vorgesehen.
Je nach Bedarf bzw. Einsatzzweck einer Pasteurisierungsanlage können selbstverständlich auch mehr oder weniger Zonen, als im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 vorhanden sein. Ebenfalls ist möglich, dass weitere Behandlungszonen vorgesehen sind. Zum Beispiel könnte nachfolgend auf die in Transportrichtung 4 am Ende angeordnete Abkühlzone 10 beispiels- weise eine Zone zur Trocknung der Außenseite der Behältnisse 2 vorgesehen sein. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der Fig. 1 solche zusätzlichen Behandlungszonen nicht dargestellt.
Zur Behandlung bzw. Pasteurisierung der Lebensmittel kann vorgesehen sein, die Behältnisse 2 mit einer Prozessflüssigkeit 11 zu beaufschlagen. In dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 sind hierzu in jeder Zone 5, 6, 7, 8, 9, 10 eingangsseitig Berieselungsvorrichtungen 12 angeordnet, mittels welcher die Prozessflüssigkeit 11 auf bzw. über die Außenseite der ver- schlossenen Behältnisse 2 verteilt bzw. beaufschlagt werden kann. Die Berieselungs Vorrichtungen 12 können zum Beispiel durch eine Mehrzahl an Sprühdüsen gebildet sein, welche in jeder Zone 5, 6, 7, 8, 9, 10 beispielsweise in einem oberen und/oder seitlichen Bereich angeordnet sein können. In die jeweilige Zone 5, 6, 7, 8, 9, 10 kann die Prozessflüssigkeit 11 über die Berieselungsvorrichtungen 12 mit jeweils unterschiedlichem bzw. für jede Zone eingestelltem Temperaturniveau eingeleitet werden, was nachfolgend noch näher erläutert wird. Die Prozessflüssigkeit 11 kann den Berieselungsvorrichtungen 12 der Zonen 5, 6, 7, 8, 9, 10 hierbei jeweils über eine Pumpe, insbesondere Umwälzpumpe 13 zugeführt werden. Um ein möglichst schonendes Vorwärmen der Lebensmittel in den Behältnissen 2 zu ermöglichen kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass die Prozessflüssigkeit 11 der Anwärmzone 5 mit einer Temperatur von ca. 35 °C, und der Anwärmzone 6 mit einer Temperatur von ca. 55 °C zugeführt wird. Zur Pasteurisierung der Lebensmittel in den Behältnissen 2 kann die Zufuhr der Prozessflüssigkeit 11 in die Pasteurisierungszonen 7, 8 bei einer Temperatur von bei- spielsweise 85 °C erfolgen, um die Behältnisse 2 bzw. die beinhalteten Lebensmittel auf eine effektive Pasteurisierungstemperatur aufzuheizen und für eine ausreichende Zeitdauer auf dieser Pasteurisierungstemperatur zu halten. Zum gezielten Abkühlen der Behältnisse 2 bzw. der Lebensmittel kann vorgesehen sein, die Prozessflüssigkeit 11 mit einer Temperatur von ca. 50 °C in die Abkühlzone 9, und mit einer Temperatur von etwa 30 °C in die Abkühlzone 10 ein- zuleiten.
Diese beispielhaft für jede Zone 5, 6, 7, 8, 9, 10 angegebenen Temperaturwerte der Prozessflüssigkeit 11 können natürlich bedarfsabhängig variiert werden. Dabei kann vor allem die Art bzw. Zusammensetzung der zu pasteurisierenden Lebensmittel eine wichtige Rolle spielen. Beispielsweise kann je nach Zusammensetzung der Lebensmittel eine höhere oder tiefere Pasteurisierungstemperatur als 85 °C erforderlich sein. Des Weiteren kann zum Beispiel insbesondere bei temperaturempfindlichen Lebensmitteln eine schnellere Abkühlung nach der Pasteurisierung, bzw. eine Abkühlung der Lebensmittel auf ein tieferes Temperaturniveau erforderlich sein. Dies trifft vor allem bei Lebensmitteln mit empfindlichen Inhaltsstoffen zu, bei- spielsweise bei zuckerhaltigen Lebensmitteln. In solchen Fällen kann den Abkühlzonen 9, 10 die Prozessflüssigkeit 11 mit einem tieferen Temperaturniveau als obenstehend angegeben, beispielsweise mit einer Temperatur von 45 °C für Abkühlzone 9 bzw. 25 °C für Abkühlzone 10 zugeführt werden. Nach Durchrieseln einer jeweiligen Zone 5, 6, 7, 8, 9, 10 kann die Prozessflüssigkeit 11 in einem unteren Sammelbereich 14 der Zonen 5, 6, 7, 8, 9, 10 aufgefangen und zur weiteren Verwendung aus den Zonen 5, 6, 7, 8, 9, 10 abgeführt werden. Hierzu können einerseits die Ein- gangs bzw. Ansaugseiten der Umwälzpumpen 13 mit den Zonen 5, 6, 7, 8, 9, 10 bzw. deren Sammelbereiche 14 leitungsverbunden sein, um zumindest Teilmengen der Prozessflüssigkeit 11 aus den Sammelbereichen 14 unmittelbar wieder einer der Zonen 5, 6, 7, 8, 9, 10 zuzuführen. Wie im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 dargestellt ist, kann es hierbei zweckmäßig sein, wenn die Umwälzpumpe 13, welche eingangsseitig mit dem Sammelbereich 14 der An- wärmzonen 5 leitungsverbunden ist, ausgangsseitig mit der Berieselungsvorrichtung 12 der
Abkühlzone 10 leitungsverbunden ist. Dies kann primär deshalb zweckmäßig sein, da sich die Prozessflüssigkeit 11 in Anwärmzone 5 durch die Wärmeaufnahme der Behältnisse 2 bzw. Lebensmittel abkühlt, und nach Durchströmen der Anwärmzone 5 ein zum Abkühlen der Behältnisse 2 in Abkühlzone 10 geeignetes Temperaturniveau aufweist.
Aus denselben Gründen kann eine Zuführung der Prozessflüssigkeit 11 aus dem Sammelbereich 14 der Abkühlzone 10 zu der Berieselungsvorrichtung 12 der Anwärmzone 5 sinnvoll sein, wie dies auch im Ausführungsbeispiel der Pasteurisierungsanlage 1 in der Fig. 1 schematisch veranschaulicht ist. Des Weiteren kann analog auch eine wechselseitige Zuführung der Prozessflüssigkeit 11 von Anwärmzone 6 in Abkühlzone 9 und umgekehrt vorgesehen sein.
Wie im Ausführungsbeispiel in der Fig. 1 dargestellt, können die den Pasteurisierungszonen 7, 8 zugeordneten Umwälzpumpen 13 zur zumindest teilweisen Rückforderung der Prozess- flüssigkeit 11 aus dem Sammelraum der Zone 7 respektive Zone 8 zu den Berieselungsvorrichtungen 12 der entsprechenden Zone 7 respektive Zone 8 vorgesehen sein. In anderen Worten ausgedrückt kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Teilmenge der Prozessflüssigkeit 11 im Kreis um die Pasteurisierungszone 7 und um die Pasteurisierungszone 8 geführt wird. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass wenigstens Teilmengen der in den Sammelbereichen 14 anfallenden Prozessflüssigkeit 11 anstatt wieder in eine Behandlungszone 5, 6, 7, 8, 9, 10 zurückgepumpt zu werden, Sammelbehältnissen zugeführt werden. Hierzu ist gemäß dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einerseits ein Kältetank 15 angeordnet, welcher zur Sammlung von Prozessflüssigkeit 11 auf tiefen Temperaturniveau vorgesehen ist. Dem Kältetank 15 kann insbesondere Prozessfiüssigkeit 11 aus Sammelbereichen 14, in welchen die Prozessfiüssigkeit 11 eine verhältnismäßig geringe Temperatur aufweist zugeführt werden. Im in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kältetank 15 daher insbe- sondere mit den Sammelbereich 14 der Anwärmzone 5 und dem Sammelbereich 14 der Abkühlzone 10 leitungsverbunden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist weiters ein Wärmetank 16 angeordnet, welcher zur Sammlung und Zwischenspeicherung von Prozessfiüssigkeit mit hohem Temperaturni- veau vorgesehen ist. Daher kann es sinnvoll sein, diesem Wärmetank 16 Prozessflüssigkeit 11 aus den Sammelbereichen 14 der Pasteurisierungszonen 7, 8 zuzuführen, wie dies auch in der Fig. 1 schematisch veranschaulicht ist.
Mittels der Umwälzpumpen 13 und eingangsseitig der Umwälzpumpen 13 angeordneter Do- siervorrichtungen 17 ist im in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel den Berieselungsvorrichtungen 12 der Zonen 5, 6, 7, 8, 9, 10 Prozessflüssigkeit 11 mit niedrigem Temperaturniveau aus dem Kältetank 15 zudosierbar. Des Weiteren ist den Berieselungsvorrichtungen 12 der Zonen 5, 6, 7, 8, 9, 10 auch mittels weiterer Dosiervorrichtungen 17 Prozessfiüssigkeit 11 mit mindestens Pasteurisierungstemperatur oder höherer Temperatur aus einem Vorlauf 18 zudosierbar. Die Dosiervorrichtungen 17 können hierbei beispielsweise durch Durchfiussre- gelventile gebildet sein. Dadurch kann jeder Behandlungszone 5, 6, 7, 8, 9, 10 Prozessfiüssigkeit 11 mit gezielt festlegbarer bzw. einstellbarer Temperatur zugeführt werden.
Selbstverständlich sind hinsichtlich der Förderung der Prozessflüssigkeit 11 durch die Anlage 1 bzw. die jeweiligen Zonen 5, 6, 7, 8, 9, 10 auch andere, alternative Lösungen grundsätzlich möglich. Zum Beispiel kann je nach Einsatzzweck der Pasteurisierungsanlage 1 ein Zumischen von kalter Prozessfiüssigkeit aus dem Kältetank 15 zumindest für einige Behandlungszonen erübrigt sein, sodass nicht jede der Umwälzpumpen 13 notwendigerweise eingangsseitig mit dem Kältetank 15 leitungsverbunden sein müssen. Ebenso kann vorgesehen sein, dass wenigstens einige der Umwälzpumpen 13 nicht mit dem Prozessfiüssigkeit 11 mit mindestens Pasteurisierungstemperatur führenden Vorlauf 18 leitungsverbunden sind. Wie weiters in der Fig. 1 schematisch dargestellt ist, ist der Kältetank 15 mit einer Seite eines Kühlungswärmetauscher 19 leitungsverbunden. Die andere Seite des Kühlungswärmetauschers 19 ist zur Übertragung von Kühlungsenergie auf die Prozessflüssigkeit 11 mit einem Kühlkreis 20 eines Kälteübertragungsmittels 21 einer Wärmepumpe 22 leitungsverbunden. Im Betrieb der Anlage beinhaltet der Kühlkreis 20 ein Kühlmedium 23, welches insbesondere im Wesentlichen durch Wasser gebildet sein kann. Gegebenenfalls kann dem Kühlmedium 23 bzw. Wasser ein Frostschutzmittel oder andere Zusatzstoffe beigemengt sein. Die Prozessflüssigkeit 11 und das Kühlmedium 23 werden stofflich getrennt durch den Kühlungswärmetauscher 19 geführt, bevorzugt im Gegenstromprinzip. Durch die Übertragung der im Kälteüber- tragungsmittel 21 bereitgestellten Kühlungsenergie an die Prozessflüssigkeit im Kühlungswärmetauscher 19 kann somit eine Teilmenge der Prozessflüssigkeit 11 aus dem Kältetank 15 entnommen, via den Kühlungswärmetauscher 19 abgekühlt und wieder in den Kältetank 15 zurückgeführt werden. Wesentlich ist hierbei, dass der Kühlkreis 20 einen als hydraulische Weiche eingebundenen Kältepufferspeicher 24 umfasst, welcher in einem oberen Endbereich mit einem Ausgang des Kälteübertragungsmittels 21 der Wärmepumpe 22 und in einem unteren Endbereich mit einem Eingang des Kälteübertragungsmittels 21, sowie in einem oberen Endbereich mit einem Ausgang des Kühlungswärmetauschers 19 und in einem unteren Endbereich mit einem Ein- gang des Kühlungswärmetauschers 19 leitungsverbunden ist. Auf diese Weise ist ein Einleiten der in dem Kälteübertragungsmittel 21 erzeugten Kühlungsenergie via des durch das Kälteübertragungsmittel 21 geführte Kühlmedium 23 in einen unteren Endbereich des Kältepufferspeicher 24 und die Rückführung des Kühlmediums 23 aus einem oberen Endbereich des Kältepufferspeichers 24 in das Kälteübertragungsmittel 21 unabhängig von der Entnahme an Kühlmedium 23 aus dem Kältepufferspeicher 24 zur Zuführung in den Kühlungswärmetauscher 19 ermöglicht. Mit anderen Worten ausgedrückt ist durch den Kältepufferspeicher 24 ein Mittel zur Entkoppelung der Kühlungsleistungsentnahme in dem Kühlungswärmetauscher 19 und der im Kälteübertragungsmittel 21 generierten Kühlungsenergie geschaffen. Etwaige, überschüssige im Kälteübertragungsmittel 21 der Wärmepumpe 22 erzeugte Kühlungsenergie kann dabei zur späteren Verwendung bzw. Entnahme in dem Kältepufferspeicher 24 zwischengespeichert werden. Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn der Kältepufferspeicher 24 ein Speichervolumen zwischen 0,01 m3 und 3 m3 pro 1 kW Kühlleistung der Wärmepumpe 22 aufweist. Vorzugsweise weist der Kältepufferspeicher ein Speichervolumen zwischen 0,02 m3 und 1 m3 pro 1 kW Kühlleistung der Wärmepumpe auf. Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, dass eine bauli- che Höhe des Kältepufferspeichers 24 zwischen 0,2 m und 0,4 m pro 1 m3 Volumen des Kältepufferspeichers 24 beträgt. Im Falle eines zylindrisch ausgeführten Kältepufferspeichers kann das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser beispielsweise im Bereich von 1 bis 3 zu 1 liegen. Durch eine derartige Ausgestaltung des Kältepufferspeichers 24 kann insbesondere eine ausreichende Temperaturschichtung im Kältepufferspeicher 24 aufrechterhalten werden, so- dass der Kältepufferspeicher 24 in der Art eines Schichtspeichers betrieben werden kann.
Warme Flüssigkeiten, beispielsweise warmes Wasser, haben eine geringere Dichte als die entsprechenden kalten Flüssigkeiten, sodass sich im Kältepufferspeicher 24 kaltes Kühlmedium 23 im unteren Endbereich sammelt. Hierdurch ist es möglich, dass im Betrieb der Anlage 1 dem Kühlungswärmetauscher 19 verhältnismäßig kaltes Kühlmedium 23 aus dem unteren Endbereich des Kältepufferspeichers 24 zugeführt wird, und nach Durchtritt durch den Kühlungswärmetauscher 19 das hierdurch erwärmte Kühlmedium 23 in den oberen Endbereich des Kältepufferspeichers 24 zurückgeführt wird. Kälteübertragungsmittelseitig kann dem Kältepufferspeicher 24 kontinuierlich wiede- rum verhältnismäßig warmes Kühlmedium aus dem oberen Endbereich entnommen werden, über das Kälteübertragungsmittel 21 abgekühlt, und als verhältnismäßig kaltes Kühlmedium
23 wieder in den unteren Endbereich des Kältepufferspeichers 24 eingeleitet werden. Dadurch steht zur Abkühlung der Prozessflüssigkeit 11 in dem Kühlungswärmetauscher 19 selbst nach langanhaltendem Betrieb der Pasteurisierungsanlage 1 unter hohem Kühlleistungsbedarf lange Zeit ausreichend kaltes Kühlmedium 23 aus dem unteren Endbereich des Kältepufferspeichers
24 zur Verfügung. Bei geringer Kühlleistungsabnahme in der Anlage 1, beispielsweise bei einem Chargenwechsel der Behältnisse 2 bzw. der Lebensmittel und somit leeren Zonen 5, 6, 7, 8, 9, 10, kann der Kältepufferspeicher 24 mit Kühlungsenergie bzw. mit über das Kälteübertragungsmittel 21 abgekühltem Kühlmedium 23 beladen werden.
In seltenen Fällen kann auch eine Zuführung des Kühlmediums in den Kühlungswärmetauscher aus anderen Bereichen als dem unteren Endbereich des Kältepufferspeichers zweckmäßig sein, insbesondere wenn ein höheres Temperaturniveau des Kühlmediums zweckmäßig ist. Hierfür wären weitere Leitungsverbindungen zwischen Kältepufferspeicher und Kühlungswärmetauscher vorzusehen. Dies ist in der Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Zwecks automatisierter Steuerung bzw. Regelung der Bereitstellung von Kühlungsenergie durch den Kühlkreis 20 bzw. in dem Kältepufferspeicher 24 kann im Inneren des Kältepufferspeichers 24 wenigstens in dem unteren Endbereich, in einem mittleren Bereich und in einem oberen Endbereich jeweils zumindest ein Temperatursensor 25 zur Erfassung der Temperaturen des Kühlmediums 23 in den jeweiligen Bereichen des Kältepufferspeichers 24 angeordnet sein. Des Weiteren kann der Kühlkreis 20 zwischen dem Kälteübertragungsmittel 21 und dem Kältepufferspeicher 24 eine Bypassleitung 26 aufweisen, welcher wenigstens ein Durchflussregelvorrichtung 27 zugeordnet ist. In dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Durchflussregelvorrichtung 27 durch ein ansteuerbares Drei- Wege- Ventil gebildet, mittels welchem die Durchflussmengen des Kühlmediums 23 im Kreis um das Kälteübertragungsmit- tel 21 bzw. die Durchflussmengen in den Kältepufferspeicher 24 zu dessen Beschickung mit Kühlmedium 23 stufenlos regelbar sind.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass im Kühlkreis 20 zur Zuführung des Kühlmediums 23 in den Kühlungswärmetauscher 19 aus dem Kältepufferspeicher 24 sowie zur Zuführung des Kühlmediums 23 in das Kälteübertragungsmittel 21 aus dem Kältepufferspeicher 24 jeweils eine durchflussregelbare Pumpe 28 angeordnet ist.
Die Temperatursensoren 25, die Durchflussregelvomchtung 27, die Pumpen 28, sowie die Wärmepumpe 22 selbst, können hierbei mit einer in der Fig. 1 nicht dargestellten Steuerungs- Vorrichtung, beispielsweise einer sogenannten SPS-Steuerung datentechnisch bzw. elektrisch verbunden sein. Durch entsprechende Programmierung einer solchen SPS-Steuerung können die Durchflussregelvorrichtung 27, die Pumpen 28 und die Wärmepumpe 22, bzw. deren untergeordnete oder interne Steuerungen entsprechend den jeweiligen Erfordernissen automatisiert angesteuert werden.
So kann vorgesehen sein, dass eine jeweilig dem Kältepufferspeicher 24 zugeführte und aus dem Kältepufferspeicher 24 zur Zuführung in den Kühlungswärmetauscher 19 entnommene Menge an Kühlmedium 23 mittels der durchflussregelbaren Pumpen 28 an den jeweiligen Kühlbedarf und/oder ein erforderliches Temperaturniveau des Kühlmediums 23 angepasst wird. Hierbei kann zur Erzielung eines tieferen Temperaturniveaus des Kühlmediums 23 beispielsweise eine geringere Menge an Kühlmedium 23 über das Kälteübertragungsmittel 21 geführt werden. Durch Drosselung der Fördermenge der Pumpe 28, welche das Kühlmedium 23 zwischen Kälteübertragungsmittel 21 und dem Kältepufferspeicher 24 fördert, kann für das Kühlmedium 23 eine höhere Verweilzeit in dem Kälteübertragungsmittel 21 eingestellt werden. Dadurch kann das Kühlmedium mehr Kühlungsenergie im Kälteübertragungsmittel 21 aufnehmen, und wird dabei stärker abgekühlt bzw. auf ein tieferes Temperaturniveau gebracht.
Ein Bedarf an besonders kaltem Kühlmedium 23 kann zum Beispiel dann bestehen, wenn Behältnisse 2 bzw. die Lebensmittel in den Behältnissen 2 in einer entlang der Transportrichtung 4 am Ende angeordneten Abkühlzone 10 mittels der Prozessflüssigkeit 11 auf eine vorab festgelegte, tiefe Zieltemperatur abgekühlt werden sollen. Hierfür kann die Temperatur des Kühl- mediums 23 in dem unteren Endbereich des Kältepufferspeichers 24 auf ein Temperaturniveau unterhalb dieser Zieltemperatur eingestellt werden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, bei Erfassung einer Temperatur des Kühlmediums 23 im unteren Endbereich des Kältepufferspeichers 24 oberhalb einer Temperatur der Prozessflüs- sigkeit 11 in dem Kältetank 15 und/oder oberhalb einer vorab festgelegten bzw. festlegbaren Schwelltemperatur, zumindest eine Teilmenge des Kühlmediums 23 via die Bypassleitung 26 nach Austritt aus dem Kälteübertragungsmittel 21 unmittelbar wieder in das Kälteübertragungsmittel 21 zurückgeführt wird. Zur Messung der Temperatur in dem Kältetank 15 ist hierzu natürlich ebenfalls ein Temperatursensor vorzusehen.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Kühlmedium 23 dem Kühlungswärmetauscher 19 aus dem unteren Endbereich des Kältepufferspeichers 24 erst dann zugeführt wird, wenn in dem unteren Endbereich des Kältepufferspeichers 24 eine Mindesttemperaturniveau des Kühlmediums 23 unterhalb einer vorab festgelegten bzw. festlegbaren Schwelltemperatur einge- stellt wurde.
Grundsätzlich kann aufgrund der SPS-geregelten Wärmepumpe 22, Durchflussregelvorrichtung 27 und der Pumpen 28 in Verbindung mit dem als hydraulische Weiche eingebundenen, entsprechend ausgestalteten Kältepufferspeicher 24 ein unproblematischer, in energetischer Hinsicht, hocheffizienter Betrieb der Anlage 1 bzw. eine hocheffiziente und ökologisch sinnvolle Verfahrensführung bereitgestellt werden. Zur Abdeckung von Kühlungsleistungsspitzen kann als Sicherheitsreserve ein mit dem Kältetank 15 leitungsverbundenes Rückkühlmittel vorgesehen sein, welches zum Beispiel als Kühlturm 29 oder als Kaltwasserzuleitung 39 ausgebildet sein kann, wie dies auch in der Fig. 1 dargestellt ist. Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, kann dem Kältetank 15 hierbei bei Bedarf Prozessflüssigkeit 11 entnommen, beispielsweise durch den Kühlturm 29 geführt, und anschließend wieder in den Kältetank 15 zurückgeführt werden, sodass die Prozessflüssigkeit 11 in dem Kältetank 15 bedarfsabhängig, insbesondere zur Abdeckung von Kühlungsleistungsspitzen zusätzlich mittels eines insbesondere als Kühlturm 29 oder Kaltwasserzuleitung 39 ausgebildeten Rückkühlmittel zusätzlich gekühlt werden kann. Zum Ausgleichen der gesamten Flüssigkeitsmenge in der Anlage 1 kann beispielsweise der Kältetank 15 und/oder der Wärmetank 16 einen Abfluss 40 aufweisen. Wie in der Fig. 1 weiters dargestellt ist, der Wärmetank 16 mit einer Seite eines Heizungswärmetauscher 30 leitungsverbunden. Die andere Seite des Heizungswärmetauschers 30 ist zur Übertragung von Wärmeenergie mit einem Heizkreis 31 umfassend ein Wärmeübertragungsmittel 32 der Wärmepumpe 22 leitungsverbunden. Der Heizkreis 31 beinhaltet ein Heizmedium 33, welches wiederum im Wesentlichen durch Wasser gebildet sein kann. Gegebenen- falls kann dem Heizmedium 33 bzw. Wasser ein Frostschutzmittel, oder andere Zusatzstoffe beigemengt sein. Die Prozessflüssigkeit 11 und das Heizmedium 33 werden stofflich getrennt durch den Heizungswärmetauscher 30 geführt, bevorzugt im Gegenstromprinzip.
Der Ausgang des Heizungswärmetauscher 30 für die Prozessflüssigkeit 11, welcher in der Fig. 1 auf der rechten, oberen Seite des Heizungswärmetauscher 30 dargestellt ist, mündet in den bereits beschriebenen Vorlauf 18, aus welchem den Zonen 5, 6, 7, 8, 9, 10 über die Dosiervorrichtungen 17 bedarfsabhängig erhitzte Prozessflüssigkeit 11 beigemengt bzw. zugeführt werden kann. Dadurch ist ermöglicht, dass die im Zuge der Abkühlung des Kühlmediums 23 in dem Kälteübertragungsmittel 21 durch die Wärmepumpe 22 im Wärmeübertra- gungsmittel 32 generierte Wärmeenergie bzw. Abwärme zur bedarfsweisen Erhöhung der
Temperatur der Prozessflüssigkeit 11 in dem Vorlauf 18 über einen Heizungswärmetauscher 30 benutzt wird. Wie bereits beschrieben wird den Zonen, insbesondere den Pasteurisierungszonen 7, 8 über den Vorlauf 18 Prozessflüssigkeit 11 mit zumindest Pasteurisierungstemperatur zugeführt. Zur zusätzlichen Erhitzung der Prozessflüssigkeit 11 auf zumindest Pasteurisierungstemperatur oder eine höhere Temperatur im Vorlauf 18 kann in dem ausgangsseitig des Heizungswär- metauschers 30 angeordnetem Vorlauf 18 zur zusätzlichen Erhitzung der Prozessflüssigkeit 11 ein Heizmittel vorgesehen ist. Beispielsweise kann hierbei das Heizmittel durch einen mit Wasserdampf beaufschlagten Wärmetauscher 34 gebildet sein.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dem Vorlauf 18 Prozessflüssigkeit 11 aus dem Wärmetank 16 beizumengen, oder dem Wärmetank 16 aus dem Vorlauf 18 Prozessflüssigkeit 11 zuzuführen, wie dies schematisch in der Fig. 1 skizziert ist.
Auch im Heizkreis 31 ist wesentlich, dass einen als hydraulische Weiche eingebundenen Wärmepufferspeicher 35 umfasst, welcher an einem oberen Endbereich mit einem Ausgang des Wärmeübertragungsmittels 32 der Wärmepumpe 22 und in einem unteren Endbereich mit einem Eingang des Wärmeübertragungsmittels 32, sowie in einem oberen Endbereich mit einem Eingang des Heizungswärmetauschers 30 und in einem unteren Endbereich mit einem Ausgang des Heizungswärmetauschers 30 leitungsverbunden ist. Dadurch ist ein Einleiten der in dem Wärmeübertragungsmittel 32 erzeugten Wärmeenergie bzw. der Abwärme via des durch das Wärmeübertragungsmittel 32 geführten Heizmedium 33 in einen oberen Endbereich des Wärmepufferspeicher 35 und die Rückführung des Heizmedium 33 aus einem unteren Endbereich des Wärmepufferspeicher 35 in das Wärmeübertragungsmittel 32 unabhängig von der Entnahme an Heizmedium 33 aus dem Wärmepufferspeicher 35 zur Zuführung in den Heizungswärmetauschers 30 ermöglicht.
Dem Heizungswärmetauscher 30 kann vorteilhafterweise aus dem oberen Endbereich des Wärmepufferspeichers 35 verhältnismäßig heißes Heizmedium 33 zugeführt werden, und nach Durchtritt durch den Heizungswärmetauscher 30 und entsprechender Abgabe von Wärmeenergie in einen unteren Endbereich des Wärmepufferspeichers 35 zurückgeführt werden. Durch den Wärmepufferspeicher 35 ist also wiederum ein Mittel zur Entkoppelung der Wärmeleistungsentnahme in dem Heizungswärmetauschers 30 und der im Wärmeübertragungs- mittel 32 generierten Wärmeenergie geschaffen. Etwaige, überschüssige im Wärmeübertragungsmittel 32 der Wärmepumpe 22 erzeugte Wärmeenergie kann dabei zur späteren Verwendung bzw. Entnahme in dem Wärmepufferspeicher 35 zwischengespeichert werden. Vorteilhaft kann eine Ausgestaltung des Wärmepufferspeichers 35 sein, bei welcher er ein Speichervolumen zwischen 0,01 m3 und 3 m3 pro 1 kW Heizleistung der Wärmepumpe 22 aufweist. Vorzugsweise weist der Wärmepufferspeicher ein Speichervolumen zwischen 0,02 m3 und 1 m3 pro 1 kW Heizleistung der Wärmepumpe auf. Außerdem kann vorgesehen sein, dass eine bauliche Höhe des Wärmepufferspeichers 35 zwischen 0,2 m und 0,4 m pro 1 m3 Volumen des Wärmepufferspeichers 35 beträgt. Im Falle eines zylindrisch ausgeführten Wärmepufferspeichers kann das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser beispielsweise im Bereich von 1 bis 3 zu 1 liegen. Dadurch sammelt sich wiederum heißes Heizmedium 33 in dem oberen Endbereich des Wärmepufferspeichers 35, und kann vorteilhafterweise dieses Heizmedium 33 mit höherer Temperatur als im unteren Endbereich des Wärmepufferspeichers 35, dem Heizungswärmetauscher 30 aus dem oberen Endbereich des Wärmepufferspeichers 35 zugeführt werden, wie dies auch klar aus der Fig. 1 ersichtlich ist.
Auch im Inneren des Wärmepufferspeichers 35 kann zur Ermöglichung einer automatisiert gesteuerten bzw. geregelten Bereitstellung von Wärmeenergie im Heizkreis 31 wenigstens in dem unteren Endbereich, in einem mittleren Bereich und in einem oberen Endbereich des Wärmepufferspeichers 35 jeweils zumindest ein Temperatursensor 25 angeordnet sein.
Dadurch können die Temperaturen des Heizmediums 33 in den jeweiligen Bereichen im Inneren des Wärmepufferspeichers 35 erfasst werden. Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Heizkreis 31 zwischen dem Wärmeübertragungsmittel 32 und dem Wärmepufferspeicher 35 eine Bypassleitung 36 aufweist, welcher wenigstens ein Durchflussregelvorrichtung 37 zugeordnet ist. Die Durchflussregelvorrichtung 37 kann wiederum durch ein ansteuerbares Drei- Wege- Ventil gebildet sein, mittels welchem die Durchflussmengen des Heizmediums 33 im Kreis um das Wärmeübertragungsmittel 32 bzw. die Durchflussmengen des Heizmediums 33 zur Beschickung des Wärmepufferspeichers 35 stufenlos regelbar sind. Schließlich kann auch im Heizkreis 31 vorgesehen sein, dass zur Zuführung des Heizmediums 33 in den Heizungswärmetauscher 30 aus dem Wärmepufferspeicher 35 sowie zur Zuführung des Heizmediums 33 in das Wärmeübertragungsmittel 32 aus dem Wärmepufferspeicher 35 jeweils eine durchflussregelbare Pumpe 38 angeordnet ist. Die Temperatursensoren 25, die Durchflussregelvorrichtung 37 und die Pumpen 38 können wiederum mit der bereits obenstehend angeführten SPS-Steuerungsvorrichtung datentechnisch bzw. elektrisch verbunden sein.
Die in der Fig. 1 schematisch dargestellte Wärmepumpe 22 kann grundsätzlich durch jeden geeigneten Wärmepumpentyp gebildet sein, also kann beispielsweise eine sogenannte Kom- pressionswärmepumpe, oder zum Beispiel eine Absorptionswärmepumpe verwendet werden. Die Übertragung der von der Wärmepumpe 22 generierten Kühlungsenergie auf das Kühlmedium 23 kann hierbei je nach Typ der verwendeten Wärmepumpe via bzw. in geeigneten, als Wärmetauscher ausgebildeten Kälteübertragungsmittel 21 erfolgen. Die Übertragung der von der Wärmepumpe 22 erzeugten Wärmeenergie auf das Heizmedium 33 kann je nach Typ der Wärmepumpe via bzw. in geeigneten, als Wärmetauscher ausgebildeten Wärmeübertragungsmittel 32 erfolgen. Bevorzugt wird eine Kompressionswärmepumpe eingesetzt, welche über Beaufschlagung eines Verdichters bzw. Kompressors mit elektrischer Energie betrieben werden kann. Im Falle der Verwendung einer Kompressionswärmepumpe 22 kann das Kälteübertragungsmittel 21 durch den oder die Verdampfer der Wärmepumpe 22 gebildet, und kann das Wärmeübertragungsmittel 32 durch den oder die Kondensator(en) der Wärmepumpe 22 gebildet sein.
Durch die angegeben Merkmale und Maßnahmen ist ein energietechnisch effizienter Betrieb der Anlage 1 ermöglicht. Insbesondere kann durch Anordnung des Kältepufferspeichers 24 und des Wärmepufferspeichers 35 durch die Wärmepumpe 22 in hocheffizienter Art und Weise bereitgestellt und zwischengespeichert werden. Dadurch ist es möglich, die Wärmepumpe 22 sehr energieeffizient, weil unabhängig von Schwankungen im Kühlungsenergiebedarf und Wärmeenergiebedarf zu betreiben. Derartige Schwankungen kommen häufig bei Pasteurisierungsanlagen vor, beispielsweise bei zeitweiliger Stilllegung für Wartungen und Dergleichen, oder bei Stillstand der Anlage aufgrund eines Chargenwechsels. Insbesondere können bei Umstellung des Betriebes auf andere Chargen an Lebensmitteln und/oder Behältnissen auch andere Betriebsbedingungen, insbesondere andere Temperaturen der Prozessflüssigkeit 11 zur Zuleitung in die Zonen 5, 6, 7, 8, 9, 10 erforderlich sein. Zum Beispiel kann vorgesehen sein, dass in die Behältnisse 2 vor deren Eintritt in eine in Transportrichtung 4 am Anfang angeordnete Anwärmzone 5 ein Inertgas in flüssiger Form als Schutzgas für das im Behältnis 2 befindliche Lebensmittel zugesetzt wird. Dies kann zu einer Absenkung der Temperatur der Lebensmittel bzw. Behältnisse 2 kurz vor Eintritt in die Anlage 1 führen, sodass beispielsweise in solchen Fällen größere Heizleistungen erforderlich sind. Aufgrund des Kältepufferspeichers 24 und des Wärmepufferspeicher 35 sind Schwankungen im Kühlungsleis- tungsbedarf und Wärmeleistungsbedarf jedoch abgepuffert, und ist somit dennoch eine hoch- effiziente Verfahrensführung ermöglicht. Der Vollständigkeit halber sei abschließend noch erwähnt, dass sowohl der Kältepufferspeicher 24 als auch der Wärmepufferspeicher 35, sowie auch deren Zu- und Ableitungen zur Minimierung von Verlusten an Kühlungsenergie bzw. Wärmeenergie bevorzugt thermisch isoliert ausgeführt sind, bzw. mit entsprechend Isolierungsmaterial ummantelt sind. Selbiges kann auch für weitere Elemente des Kühlkreises 20 und des Heizkreises 31 , insbesondere den Kühlungswärmetauscher 19 und den Heizungswärmetauscher 30 zweckmäßig sein.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten der Anlage bzw. des Verfahrens, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt.
Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.
Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Anlage 1 Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Bezugszeichenaufstellung
Anlage 31 Heizkreis
Behältnis 32 Wärmeübertragungsmittel
Fördermittel 33 Heizmedium
Transportrichtung 34 Wärmetauscher
Anwärmzone 35 Wärmepufferspeicher
Anwärmzone 36 Bypassleitung
Pasteurisierungszone 37 Durchflussregelvorrichtung
Pasteurisierungszone 38 Pumpe
Abkühlzone 39 Kaltwasserzuleitung
Abkühlzone 40 Abfluss
Prozessflüssigkeit
Berieselungsvorrichtung
Umwälzpumpe
Sammelbereich
Kältetank
Wärmetank
Dosiervorrichtung
Vorlauf
Kühlungswärmetauscher
Kühlkreis
Kälteübertragungsmittel
Wärmepumpe
Kühlmedium
Kältepufferspeicher
Temperatursensor
Bypassleitung
Durchflussregelvorrichtung
Pumpe
Kühlturm
Heizungswärmetauscher

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Anlage (1) für die Pasteurisierung von in verschlossenen Behältnissen (2) abgefüllten Lebensmitteln durch Beaufschlagung der Behältnisse (2) mit einer Prozessflüssigkeit (11), umfassend wenigstens eine Anwärmzone (5, 6), wenigstens eine Pasteurisierungszone (7, 8) und wenigstens eine Abkühlzone (9, 10), sowie ein Fördermittel (3) zum Transport der Behältnisse (2) in einer Transportrichtung (4) aufeinanderfolgend durch die Anwärmzone(n) (5, 6), die Pasteuri- sierungszone(n) (7, 8) und die Abkühlzone(n) (9, 10); einen Kältetank (15) und einen Wärmetank (16) zum bedarfsweisen Ableiten und Sammeln der Prozessflüssigkeit (11) aus wenigstens einigen der Zonen (5, 6, 7, 8, 9, 10) , wobei der Kältetank (15) mit einer Seite eines Kühlungswärmetauschers (19) leitungsverbunden ist, dessen andere Seite zur Übertragung von Kühlungsenergie mit einem Kühlkreis (20) umfassend ein Kälteübertragungsmittel (21) einer Wärmepumpe (22) leitungsverbunden ist, und wobei der Wärmetank (16) mit einer Seite eines Heizungswärmetauschers (30) leitungs- verbunden ist, dessen andere Seite zur Übertragung von Wärmeenergie mit einem Heizkreis (31) umfassend ein Wärmeübertragungsmittel (32) der Wärmepumpe (22) leitungsverbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreis (20) einen als hydraulische Weiche eingebundenen Kältepufferspeicher (24) umfasst, welcher in einem oberen Endbereich mit einem Ausgang des Kälteübertragungsmittels (21) der Wärmepumpe (22) und in einem unteren Endbereich mit einem Eingang des Kälteübertragungsmittels (21), sowie in einem oberen Endbereich mit einem Ausgang des Küh- lungswärmetauschers (19) und in einem unteren Endbereich mit einem Eingang des Kühlungswärmetauschers (19) leitungsverbunden ist, und der Heizkreis (31) einen als hydraulische Weiche eingebundenen Wärmepufferspeicher (35) umfasst, welcher an einem oberen Endbereich mit einem Ausgang des Wärmeübertragungsmittels (32) der Wärmepumpe (22) und in einem unteren Endbereich mit einem Eingang des Wärmeübertragungsmittels (32), sowie in einem oberen Endbereich mit einem Eingang des Heizungswärmetauschers (30) und in einem unteren Endbereich mit einem Ausgang des Heizungswärmetauschers (30) leitungsverbunden ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdeckung von Kühlungsleistungsspitzen ein mit dem Kältetank (15) leitungsverbundenes Rückkühlmittel vorgesehen ist.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass das Rückkühlmittel durch einen Kühlturm (29) oder eine Kaltwasserzuleitung (39) gebildet ist.
4. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass in einem ausgangsseitig des Heizungs Wärmetauschers (30) angeordnetem
Vorlauf (18) zur zusätzlichen Erhitzung der Prozessflüssigkeit (11) ein Heizmittel vorgesehen ist.
5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmittel durch ei- nen mit Wasserdampf beaufschlagten Wärmetauscher (34) gebildet ist.
6. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältepufferspeicher (24) ein Speichervolumen zwischen 0,01 m3 und 3 m3 pro 1 kW Kühlleistung der Wärmepumpe (22) aufweist.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine bauliche Höhe des Kältepufferspeichers (24) zwischen 0,2 m und 0,4 m pro 1 m3 Volumen des Kältepufferspeichers (24) beträgt.
8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Kältepufferspeichers (24) wenigstens in dem unteren Endbereich, in einem mittleren Bereich und in einem oberen Endbereich jeweils zumindest ein Temperatursensor (25) angeordnet ist.
9. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmepufferspeicher (35) ein Speichervolumen zwischen 0,01 m3 und 3 m3 pro 1 kW Heizleistung der Wärmepumpe (22) aufweist.
10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine bauliche Höhe des
Wärmepufferspeichers (35) zwischen 0,2 m und 0,4 m pro 1 m3 Volumen des Wärmepufferspeichers (35) beträgt.
11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Wärme- Pufferspeichers (35) wenigstens in dem unteren Endbereich, in einem mittleren Bereich und in einem oberen Endbereich jeweils zumindest ein Temperatursensor (25) angeordnet ist.
12. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreis (20) zwischen dem Kälteübertragungsmittel (21) und dem Kältepufferspeicher (24) eine Bypassleitung (26) aufweist, welcher wenigstens ein Durchflussregelvorrichtung (27) zugeordnet ist.
13. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkreis (31) zwischen dem Wärmeübertragungsmittel (32) und dem Wärmepufferspeicher (35) eine Bypassleitung (36) aufweist, welcher wenigstens ein Durchflussregelvorrichtung (37) zugeordnet ist.
14. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlkreis (20) zur Zuführung eines Kühlmediums (23) in den Küh- lungswärmetauscher (19) aus dem Kältepufferspeicher (24) sowie zur Zuführung des Kühlmediums (23) in das Kälteübertragungsmittel (21) aus dem Kältepufferspeicher (24) jeweils eine durchflussregelbare Pumpe (28) angeordnet ist.
15. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass im Heizkreis (31) zur Zuführung eines Heizmediums (33) in den Heizungswärmetauscher (30) aus dem Wärmepufferspeicher (35) sowie zur Zuführung des Heizmediums (33) in das Wärmeübertragungsmittel (32) aus dem Wärmepufferspeicher (35) jeweils eine durchflussregelbare Pumpe (38) angeordnet ist.
16. Verfahren für die Pasteurisierung von in verschlossenen Behältnissen (2) abgefüllten Lebensmitteln, insbesondere mittels einer gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15 ausgebildeten Anlage (1), umfassend, den Transport der Behältnisse (2) mittels eines Fördermittels (3) in einer Transportrichtung (4) aufeinanderfolgend durch wenigstens eine Aufwärmzone (5, 6), wenigstens eine Pasteuri- sierungszone (7, 8) und wenigstens eine Abkühlzone (9, 10), Beaufschlagung der Behältnisse (2) in den jeweiligen Zonen (5, 6, 7, 8, 9, 10) mit einer geeignet temperierten Prozessflüssigkeit (11), wobei einer jeweiligen Zone (5, 6, 7, 8, 9, 10) Prozessflüssigkeit (11) wenigstens teilweise aus einer anderen Zone (5, 6, 7, 8, 9, 10), und/oder aus derselben Zone (5, 6, 7, 8, 9, 10) und/oder aus einem Kältetank (15) und/oder über einen Vorlauf (18) zugeführt wird, und wobei eine Teilmenge der Prozessflüssigkeit (11) aus dem Kältetank (15) entnommen, via einen Kühlungswärmetauscher (19) abgekühlt und wieder in den Kältetank (15) zurückgeführt wird, wobei an den Kühlungswärmetauscher (19) von einem Kühlkreis (20) umfassend ein Kälteübertragungsmittel (21) einer Wärmepumpe (22) Kühlungsenergie übertragen wird, und die dabei in einem Heizkreis (31) umfassend ein Wärmeübertragungsmittel (32) der Wärmepumpe (22) erzeugte Wärmeenergie zur bedarfsweisen Erhöhung der Temperatur der Prozessflüssigkeit (11) in dem Vorlauf (18) über einen Heizungswärmetauscher (30) benutzt wird dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Kälteübertragungsmittel (21) erzeugte Kühlungsenergie via ein durch das Kälteübertragungsmittel (21) geführtes und dabei abgekühltes Kühlmedium (23) in einen unteren Endbereich eines als hydraulische Weiche in den Kühlkreis (20) eingebundenen Kältepuffer- Speicher (24) eingeleitet, und Kühlmedium (23) aus einem oberen Endbereich des Kältepufferspeichers (24) in das Kälteübertragungsmittel (21) zurückgeführt wird, und die im Wärmeübertragungsmittel (32) erzeugte Wärmeenergie via ein durch das Wärmeübertragungsmittel (32) geführtes und dabei erhitztes Heizmedium (33) in einen oberen Endbereich eines als hydraulische Weiche in dem Heizkreis (31) eingebundenen Wärmepufferspeicher (35) eingeleitet, und Heizmedium (33) aus einem oberen Endbereich des Wärmepuf- ferspeichers (35) in das Wärmeübertragungsmittel (32) zurückgeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium (23) dem Kühlungswärmetauscher (19) aus dem unteren Endbereich des Kältepufferspeichers (24) zugeführt wird, und nach Durchtritt durch den Kühlungswärmetauscher (19) in den oberen Endbereich des Kältepufferspeichers (24) zurückgeführt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmedium dem Heizungswärmetauscher (30) aus einem oberen Endbereich des Wärmepufferspeichers (35) zugeführt wird, und nach Durchtritt durch den Heizungswärmetauscher (30) in ei- nen unteren Endbereich des Wärmepufferspeichers (35) zurückgeführt wird.
19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessflüssigkeit (11) in dem Kältetank (15) bedarfsabhängig mittels eines insbesondere als Kühlturm (29) oder Kaltwasserzuleitung (39) ausgebildeten Rückkühlmittel zusätzlich gekühlt wird.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen des Kühlmediums (23) im Kältepufferspeicher (24) und die Temperaturen des Heizmediums im Wärmepufferspeicher (35) mittels jeweils zumindest in einem unteren Endbereich, in einem mittleren Bereich und in einem oberen Endbereich des
Kältepufferspeichers (24) und des Wärmepufferspeichers (35) angeordneter Temperatursensoren (25) erfasst werden.
21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekenn- zeichnet, dass eine jeweilig dem Kältepufferspeicher (24) zugeführte und aus dem Kältepufferspeicher (24) zur Zuführung in den Kühlungswärmetauscher (19) entnommene Menge an Kühlmedium (23) mittels durchflussregelbarer Pumpen (28) an den jeweiligen Kühlbedarf und/oder ein erforderliches Temperaturniveau des Kühlmediums (23) angepasst wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Behältnisse (2) in einer entlang der Transportrichtung (4) am Ende angeordneten Abkühlzone (10) mittels der Prozessflüssigkeit (11) auf eine vorab festgelegte Zieltemperatur abge- kühlt werden, und die Temperatur des Kühlmediums (23) in dem unteren Endbereich des Kältepufferspeichers (24) auf ein Temperaturniveau unterhalb dieser Zieltemperatur eingestellt wird.
23. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekenn- zeichnet, dass bei Erfassung einer Temperatur des Kühlmediums (23) im unteren Endbereich des Kältepufferspeichers (24) oberhalb einer Temperatur der Prozessflüssigkeit (11) in dem Kältetank (15) und/oder oberhalb einer vorab festlegbaren Schwelltemperatur, zumindest eine Teilmenge des Kühlmediums (23) via eine Bypassleitung (26) nach Austritt aus dem Kälteübertragungsmittel (21) unmittelbar wieder in das Kälteübertragungsmittel (21) zurückgeführt wird.
24. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium (23) dem Kühlungswärmetauscher (19) aus dem unteren Endbereich des Kältepufferspeichers (24) erst dann zugeführt wird, wenn in dem unteren Endbe- reich des Kältepufferspeichers (24) eine Mindesttemperaturniveau des Kühlmediums (23) unterhalb einer vorab festlegbaren Schwelltemperatur eingestellt wurde.
25. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass in die Behältnisse (2) vor deren Eintritt in eine in Transportrichtung (4) am An- fang angeordnete Anwärmzone (5) ein Inertgas in flüssiger Form zugesetzt wird.
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