一种单级水压串联夹套的大型酱油发酵罐的制作方法

1.本发明涉及一种控温酿造酱油发酵罐的夹套，具体涉及一种单级水压串联夹套的大型酱油发酵罐。


背景技术：

2.现有生产日式/广式高盐稀态酱油时，酿造发酵工艺虽然采用日晒夜露的方式，但随着酿造发酵工艺的不断改进，其改进工艺中已有诸如需要发酵温度“前期15℃、中期30℃、后期25℃”这类分阶段调节酱醪发酵温度的需求，因此，其发酵罐也随之需要有可调节罐内酱醪温度的功能。
3.现有技术中，发酵罐附带的控温构件有电气式和水套式二种方式，其中一种水套式控温法又有内置盘管法、外置完整盘管法、外置半盘管法、外置串联夹套法、外置并联夹套法等多种方式，这些方式因自身结构特点导致各有利弊，应用场合有所不同：
4.关于内置盘管法，其为空心圆柱形盘管在发酵罐内螺旋环绕并与酱醪接触，通过向管内通冷热水的方式来调整酱醪温度。由于食品/调味品的卫生高标准要求，及酱醪往往为稀态的粥状，清洗球无法洗净处于盘管阻隔/死角位残留的酱醪，导致影响下一批酱油酿造的质量稳定性，因此酱油规模化酿造时一般不会采用此种控温构件。
5.关于外置完整盘管法，其为空心圆柱形盘管在发酵罐外螺旋环绕并与外壁贴合，通过向管内通冷热水的方式来调整能酱醪温度。但由于其与发酵罐外壁的接触面为环线型，换热效率低下，大型发酵罐未见有采用此法的先例。
6.关于外置半盘管法，其为空心半圆柱形盘管在发酵罐外螺旋环绕并与外壁贴合，其平面管壁与发酵罐外壁贴合，通过向管内通冷热水的方式来调整酱醪温度。由于其与发酵罐外壁的焊线/粘连线长，长期使用后，管内温控用水跑冒滴漏的隐患高。因此，此控温构件一般用于小型金属发酵罐，也未见在大于等于60m3酱油发酵罐中有应用先例。
7.关于外置串联夹套法，如图3所示，其为多层的截面为矩形的环状夹套在发酵罐外环绕并与外壁贴合；如图4所示，通过在夹套内沿圆周均匀设置导流槽，使夹套实际形成竖向蛇形盘管围绕发酵罐外部一周的结构，控温用水进入夹套中是从进水口顺导流槽流动，然后环绕发酵罐一周，再从与进水口相邻的出水口流出；各层夹套以串联的方式连接，通过向底层的夹套内通冷水或热水，让控温用水沿着管道从下往上进入各层夹套中，最后从最顶层夹套流出，以此来调整酱醪温度。串联夹套的优点是管路简单，只需通过管道将各层夹套之间串联起来，让温控用水从最底层夹套进入，然后再从最顶层夹套流出，不断循环，即可调整酱醪温度；其缺点是底层的夹套需承受其上各层夹套的水压叠加，故对应低处的夹套和相应部位的罐壁的机械强度相应增大，发酵罐体的强度要求较为复杂，导致发酵罐体的生产成本较高。
8.关于外置并联夹套法，如图5所示，其为多层的截面为矩形的环状夹套在发酵罐外环绕并与外壁贴合，夹套内置导流槽，各层夹套分别与独立的进、出水管相连，即各层夹套之间并不连通，为独立的环状水容器，通过向各层夹套内通冷热水的方式来调整酱醪温度。
并联夹套的优点是各层夹套的水压均为单级状态，无需对底层的夹套以及发酵罐壁追加额外的机械强度；其缺点是各层夹套皆需配置独立的进、出水管道及配件，如多个阀门和分水包等，发酵罐的配件投资成本较高，且因为温控用水仅进入单层夹套，然后排出，温控用水的换热面成倍低于串联夹套，又因各层的进水速度难以一致，如果对各层分别配备出水温度计亦会导致成本翻倍，故夹套水的循环难以确立明确的终止点，一般也只能通过浪费部分泵送动力，通过过度换热而使得不同高度的酱醪温度均一。
9.由于外置串联夹套法和外置并联夹套法这两种方法解决了其他三种方法在卫生、能耗和密封性方面的缺陷，更适合于作为体积大于等于60m3的大型酱油发酵罐的控温构件，故在大型酱油发酵罐的控温方式中，基本都采用外置串联夹套法或外置并联夹套法，尤以采用外置并联夹套法居多。在我国酱油规模化生产中，所采用的单台发酵罐的容积往往大于等于60m3，其罐体高度往往大于等于5m。以申请人的酱油生产为例，其所采用的基本都是200m3容积的发酵罐。实际上，现有技术中，大型发酵罐体积已远远不止200m3，根据我国现有的发酵罐制造技术制造出来的发酵罐体积最高可以达到360m3，而以日本目前所掌握的先进技术，则已经能够制造出体积为500m3‑
700m3的大型酱油发酵罐。
10.虽然外置并联夹套法和外置串联夹套法在酱油发酵罐控温领域中已经发展了数十年，本领域技术人员不断地在针对两种夹套法的缺陷进行一系列的改良，例如对并联夹套的管路进行优化，简化并联夹套的管路，还有对串联夹套在抗压方面进行改进，加强串联夹套的抗压强度等等；但对于都存在需要耗费巨大的投资成本的问题，大大降低了规模化生产的经济效益。
11.首先，从两种夹套方式的发酵罐罐体成本进行对比，以一台约200m3的夹套型酱油发酵罐为例，并联夹套发酵罐(不含夹套外管道)的价格为20万元/台，而串联夹套发酵罐由于底层的夹套需承受其上各层所引入的水压，故对应低处的夹套、罐壁的机械强度需相应增大，因此大大增加了对发酵罐体的投资成本，每台串联夹套发酵罐的价格为并联夹套发酵罐价格的1.28倍，即价格为25.6万元；
12.其次，再对比两种夹套所用管路的价格，两种夹套的管路均由水管、开关阀、泵组成，仍然以200m3的夹套型酱油发酵罐为例，并联管路由于各层夹套皆需配置独立的进、出水管道及配件，故按管路长度计算，并联所用水管是串联所用水管的3.33倍，即并联管路中单纯的水管价格约为3.3万元/台，串联管路的价格仅为1万元/台。
13.另外，如图6所示，在所有管路的表面均需包裹上一层隔热层以防温控用水在管路流通时热量的严重散失，并且在隔热层外还需再套上一层不锈钢外壳来保护隔热层不被破坏；显然，对于水管是串联夹套3.3倍的并联夹套来说，这部分的成本也是串联夹套的3.3倍。除上述的罐体和管路成本以外，由于成本控制的需要现有的并联法中的夹套仅可耐受微弱压力，当管路水压因泵的启停而出现压力冲击时，很容易对夹套造成冲击；串联法中的夹套虽然为加厚型的夹套，但其较之于并联夹套而言，其增加设计压力亦仅为串联夹套在静压状态下从最顶层夹套施加给最底层夹套的水压，它同样无法承受泵的启停时出现的压力冲击。因此，现有的并联夹套和串联夹套皆需要对进水总管路采取精准恒压的处理，以避免高压冲击而造成的夹套/罐体破损事故。即必须采用具有精准恒压功能的稳压泵来为夹套泵送温控用水而无法采用常规的离心泵，因为在本领域当中所使用到的常规离心泵的水压普遍为0.3mpa，相当于可将水泵至30米高，而200m3酱油发酵罐高度仅为10～13米，故其
压力是远超串联或并联夹套的设计压力的，这使得现有的每台夹套型酱油发酵罐都必须额外增加购买稳压泵的成本。
14.综合上述罐体成本和管路成本计算，一台约200m3的夹套型酱油发酵罐的整体成本，无论是串联夹套发酵罐还是并联夹套发酵罐，都高达25万元左右，其中，后者的罐体成本虽然低于前者的罐体成本，但后者的管路成本又高于前者的管路成本，因此是前者和后者的整体成本基本持平。
15.现有技术中，夹套式发酵罐的成本也会随着发酵罐体积的增加，而不断地成几何倍数增长，在投入成本增加的同时经济效益却无法得到有效的提高，导致增加投资风险。因此，对于降低夹套式发酵罐的成本一直是本领域的技术难题。


技术实现要素：

16.本发明的目的在于提供一种单级水压串联夹套的大型酱油发酵罐，其各层夹套能够以串联的方式连接，但又能使各层夹套所承受的水压相等，皆为单级状态，即以串联夹套法的方式获得并联夹套的水压，从而达到在保证质量的前提下，节省串联夹套法的额外加强夹套和罐体机械强度的投资成本，进而明显降低大型酱油发酵罐的整体成本的目的。
17.为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
18.一种单级水压串联夹套的大型酱油发酵罐，包括发酵罐、至少两层内置有导流槽的夹套和串联夹套的管路，所述夹套环绕套接在所述发酵罐的外壁上，所述串联夹套的管路包括进水总管、出水总管、各层夹套的进水管和出水管、开关阀和泵，其特征在于：所述每层夹套的进水管上都连接有一限压箱，所述限压箱由箱体、限压进水管、限压出水管、浮球阀和确保限压箱内气压与大气相等的恒压部件组成，其中，限压进水管伸入箱体中部，在其管端口处设置浮球阀，所述恒压部件安装在所述限压箱的上部；所述限压出水管与夹套的进水管相连，所述限压进水管则与上一层夹套的出水管相连，最顶层夹套进水管连接的限压箱的限压进水管则与所述进水总管相连，位于最底层的夹套的出水管与所述出水总管连接。
19.本发明通过在各层夹套的进水管处增设限压箱，利用限压箱内的浮球阀及预设水位来控制单层夹套中的进水量，即每个限压箱控制其出水管连接的夹套入水，当所述夹套内无水或者温控用水未达到预设水位的情况下，限压箱中的浮球阀始终为开启进水状态；当所述夹套水满使限压箱内水位上升到预设水位时，所述浮球阀关闭，截断所述夹套与上层夹套之间的水连接；此时，所述夹套的出水管连接的用于控制下层夹套的限压箱也必然处于关闭状态；由于水压只与水的深度和密度有关，在本发明中，水的密度是不会改变的，限压箱与大气相通，因此每层夹套所受到的水压均由限压箱内的水位高度决定，在限压箱内的水位均保持为预设水位的情况下，每层夹套所受的水压均相等，从而所述夹套便形成了单级夹套，只承受本层夹套的水压。即实现了夹套采用串联的连接方式，各夹套压力达到了并联连接的效果。
20.且由于每层夹套在进水管处增设了限压箱，温控用水改为从最顶层夹套进入，从最底层夹套流出；这种进水方式与现有的串联夹套从最底层夹套进水的方式相比，能够让温控用水顺着各层夹套从上往下流动，在泵送压力相同的情况下提高了温控用水在各层夹套之间的流动速度，进而提升了温控用水的水循环效率。
21.本发明工作时，温控用水从进水总管进入最顶层夹套后，顺所述夹套内的导流槽流向所述夹套的出水管处，在温控用水沿着导流槽环绕夹套一圈的过程中，温控用水会与发酵罐之间发生一个热传递，温度较高的温控用水将热量传递到温度较低的发酵罐中或者温度较高的发酵罐将热量传递给温度较低的温控用水，直到通过安装在发酵罐内的温度检测仪器检测到发酵罐内的温度达到指定温度时，即可停止水循环。
22.在酱油酿造过程中，为了保持发酵罐内部的温度不变，需要不断向夹套内切换输送热水或冷水，当发酵罐内的温度低于指定温度时，就向夹套泵送热水，即热水通过串联夹套的管路不断进入各层夹套内和管路中流动循环，直到升到指定温度为止；同理，当发酵罐内的温度高于指定温度时，就向夹套内泵送冷水。
23.进一步地，所述限压部件为恒压管，所述恒压管固定安装在所述限压箱的顶部，通过在限压箱顶部安装恒压管，在不影响限压箱进水的前提下，保证了限压箱能够与外部环境连通，使得各限压箱内的水压均为常压。
24.为了避免温控用水在夹套外壁和管路流通时热量散失严重，所述夹套、发酵罐外壁上的无夹套部分、限压箱及其限压进水管和限压出水管、进水总管和出水总管上均包裹有一层隔热层，并在所述隔热层上设置一层不锈钢外壳，以保护隔热层不被破坏。
25.进一步地，所述夹套的进水管和出水管均设置于夹套的上方，夹套的进水管设置于夹套的上方有助于限压箱内的温控用水流入夹套中，夹套的出水管设置于夹套上方则有利于对出水管进行管理。
26.进一步地，所述限压进水管从上方贯穿限压箱的顶部伸入限压箱内，所述限压出水管从下方贯穿限压箱的底部与限压箱连通。
27.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
28.(1)在本发明之前的本技术领域当中从未有人将并联夹套法中的各层夹套皆为单级水压的特点结合到串联夹套法中；基于这个方向本发明通过串联的连接方式来连接各层夹套，并且在各层夹套的进水口一侧设置限压箱，通过限压箱内的浮球阀控制各层夹套所承受的水压皆为单级状态，实现了采用串联的连接方式，达到了并联时候的各层夹套水压相等的效果，与现有的串联夹套方法和并联夹套方法相比，发酵罐只需采用并联夹套所需的机械强度以及串联时候所用的管路，既节省了现有串联夹套方法对夹套及罐壁追加机械强度的成本，又节省了并联方法中所使用的大量管路以及配件的成本，在设备整体的投资成本方面均低于现有的外置串联夹套法和外置并联夹套法，一台大型的外置夹套发酵罐能够节省几万甚至十几万的成本，对于一些规模化生产酱油的大型企业来说，整体节省下来的成本非常可观。
29.(2)本发明是在外置串联夹套法的基础上进行改进，在发酵罐的清洗、清洁、卫生方面优于内置盘管法；在换热效率方面高于外置完整盘管法；在换热面机械强度及可靠性方面优于外置半盘管法。
30.(3)本发明的限压箱能够对从外部经进水总管路输送进来的温控用水进行减压、恒压后再输入到夹套中，以达到夹套和发酵罐壁所能承受的压力，因此无需再担心常规离心泵的水压过高以及泵的启停时出现的压力冲击对夹套造成损伤，解决了现有的并联夹套和串联夹套皆需要采用稳压泵来降低泵送温控用水的压力以避免高压冲击而造成的夹套或发酵罐罐体破损事故的问题，节省了购买稳压泵的成本。
附图说明
31.图1为本发明实施例的发酵罐及夹套的整体连接结构示意图；
32.图2为本发明实施例的限压箱结构示意图
33.图3为串联夹套发酵罐整体管路的结构示意图；
34.图4为夹套的内部导流槽结构的示意图；
35.图5为并联夹套发酵罐整体管路的结构示意图；
36.图6为管路上的隔热层和不锈钢外壳的示意图。
37.图中：1
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发酵罐，2
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夹套，3
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限压箱，4
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限压进水管，5
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限压出水管，6
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浮球阀，7
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进水总管，8
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出水总管，9
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恒压管，10
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隔热层，11
‑
不锈钢外壳。
具体实施方式
38.下面将结合附图和实施例，详细说明本发明的技术方案，以便本领域普通技术人员更好地理解和实施本发明的技术方案。
39.本发明提供了如图1
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2所示的一种适用于大型酱油发酵罐的单级水压串联夹套，包括发酵罐1、三层内置有导流槽的夹套2和串联夹套的管路，三层夹套2分别环绕套接在发酵罐1上中下三个部位的外壁上，串联夹套的管路包括进水总管7、出水总管8、各层夹套2的进水管和出水管、开关阀和泵，夹套2的进水管和出水管均设置于夹套2的上方，夹套2的进水管设置于夹套的上方有助于限压箱3内的温控用水流入夹套2中，夹套2的出水管设置于夹套上方则有利于对出水管进行管理；本发明在三层夹套2的进水管上都连接有一个限压箱3；
40.如图2所示，限压箱3由箱体、限压进水管4、限压出水管5、浮球阀6和恒压部件组成，限压进水管4贯穿限压箱3的顶部伸入限压箱3箱体中部，实际应用当中需根据预设水位确定限压进水管4伸入箱内的具体位置；在限压进水管4端口处设置浮球阀6，通过浮球阀6来控制限压箱3内的温控用水保持在一个稳定的液位，以此确保每层夹套2所承受的水压都相同；限压出水管5贯穿限压箱3的底部与限压箱3连通，三个限压箱3通过限压出水管5分别与各自所对应的夹套2的进水管连接；在三个限压箱3中位于最顶层的限压箱3的限压进水管4与进水总管7连接，其余两层限压箱3的限压进水管4则与上一层夹套2的出水管连接，位于最底层的夹套2的出水管与出水总管8连接。
41.为了保证温控用水在各条管路中流通时热量不会严重散失，在进夹套2、发酵罐1外壁上的无夹套部分、限压箱3、限压水管4和限压出水管5、进水总管7和出水总管8上均包裹有一层隔热层10，所述隔热层10上还套设有一层用于保护隔热层10的不锈钢外壳11。
42.为了确保每个限压箱3内的气压与大气相同，本发明在每个限压箱3的顶部都安装有恒压部件，本实施例中的恒压部件为一条恒压管9，恒压管9与限压箱3内部连通，让限压箱3内的气压能够保持与外部大气压相等。
43.本发明的工艺流程：当在酱油发酵前期或后期需要将发酵罐1内的温度降低时，用进水总管7连通外部冷水罐，将10℃的温控用水经进水总管7输送到最上层夹套2的限压箱3内，限压箱3内的浮球阀6会根据预先设定好的液位来对温控用水进行限流，温控用水通过限压出水管4从限压箱3内进入到夹套2后沿着夹套2内的导流槽环绕夹套2一圈，在这个过程中，发酵罐1会与温控用水之间发生一个热传递，温度较高的发酵罐1会将热量传递给温
度较低的温控用水，以此实现发酵罐1内部的降温，然后温控用水从夹套2的出水管处流出通过下一层限压箱3的限压进水管4进入到下一层的限压箱3内，以此循环，最后温控用水从最底层夹套2的出水管流出到出水总管8中，当通过安装在发酵罐1内的温度检测仪器检测到发酵罐1内的温度降低到指定温度时，即可终止夹套2的水循环；
44.当在酱油发酵中期需要对发酵罐1内的温度进行升温时，切断进水总管7与冷水罐的连接，把进水总管7切换为与外部热水罐连接，将40℃的温控用水经进水总管7输送到最上层夹套2的限压箱3内，后续步骤与上述冷水循环相同，当通过安装在发酵罐1内的温度检测仪器检测到发酵罐1内的温度升高到指定温度后，即可终止夹套2的水循环。
45.为了可以让发酵罐3内的温度保持稳定，在酱油发酵的过程中，需要不断的向夹套内切换输送冷水和热水，例如当发酵罐3内的温度低于指定温度时，进水总管7就连通外部热水罐向夹套输送热水，当温度高于指定温度时，进水总管7切换为与外部冷水罐连通并向夹套输送冷水，以此来保持发酵罐3内的温度稳定。
46.本发明中，限压箱3的限压原理是：通过限压进水管4管口处的浮球阀6，控制进入限压箱3内的温控用水的水位，当夹套2内无水或者温控用水未达到预设水位的情况下，限压箱2中的浮球阀6始终为开启进水状态；当夹套2水满使限压箱3内水位上升到预设水位时，浮球阀6关闭，截断夹套2与上层夹套2之间的水连接，由于水压只与水的深度和密度有关，在本发明中，水的密度是不会改变的，限压箱3通过恒压管9与大气连通，因此每层夹套2所受到的水压均由限压箱3内的水位高度决定，在限压箱3内的水位均保持为预设水位的情况下，每层夹套2所受的水压均相等，从而每层夹套2便形成了单级夹套2，只承受本层夹套2的水压。
47.即使在某一瞬间各层限压箱3内的浮球阀6全部开启，各层夹套2处于连通的状态，由于每层限压箱3都是与外界大气相通的，因此不会把上一层夹套2的水压积累到本层夹套2，各层夹套2依然为单级状态。
48.本发明最大的优点在于，用串联的方式将各层夹套2之间串联起来，并通过在每层夹套2的进水管4上安装一个限压箱3，使得进入每层夹套2的温控用水的水压都相等，皆为单级状态；解决了现有串联夹套2因底层的夹套2需承受其上各层所引入的水压，对应低处的夹套2、罐壁的机械强度需相应增大的问题；
49.本发明即结合了外置串联夹套法管路简单，无需附带繁多配件，管路简单的优点，又结合了外置并联夹套法各层夹套所承受的水压相同，无需在发酵罐的基础上额外追加机械强度的优点，大大节省了现有串联夹套法对发酵罐体额外的投资成本以及现有并联夹套法对各层夹套需配置独立的进、出水管道及配件如多个阀门、分水包的投资成本，使得每台夹套发酵罐的综合成本节省了几万甚至十几万元，这对于进行规模化生产的大型酱油企业来说，所节省的费用相当可观。
50.除上述优点以外，本发明限压箱3还附带有一个有益技术效果，由于限压箱3可以对从进水总管7路进入夹套2的温控用水进行恒压处理，解决了现有并联、串联夹套2需采用稳压泵来降低泵送温控用水的水压，以避免高压冲击而造成的夹套2或发酵罐1罐体破损事故的问题，进一步节省了购买稳压泵的成本。
51.上述实施例仅是本发明较优实施例，但并不能作为对发明的限制，任何基于本发明构思基础上作出的变型和改进，均应落入到本发明保护范围之内，具体保护范围以权利
要求书记载为准。