DE10139427C2 - Process and plant for wort boiling - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Würzekochung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Hauptansprüche.The invention relates to a method and a plant for wort boiling according to the preambles of the independent main claims.
Bei bekannten Verfahren zur Würzekochung muss die Würze während des Aufheizens und Kochens in der Würzekocheinrichtung, beispielsweise einer Würzepfanne, zirkulieren. Eine für die Würzequalität besonders geeignete Zirkulationsströmung ist dabei die Naturumlaufströmung. Bei der Naturumlaufströmung zirkuliert die Würze in der Würzekocheinrich tung aufgrund der Dichteunterschiede, die aus den unterschiedlichen Temperaturbereichen in der Würze resultieren. Eine besonders gute Naturumlaufströmung wird insbesondere dann erreicht, wenn die Würze in den heißesten Bereichen bereits zu sieden beginnt, so dass sich ent sprechende Dampfblasen in der Würze bilden und dadurch die Dichteun terschiede vergrößert werden.In known methods for wort boiling, the wort must be used during the Heating and boiling in the wort boiling device, for example a wort pan, circulate. One especially for the wort quality a suitable circulation flow is the natural circulation flow. at the natural circulation flow circulates the wort in the wort boiling unit tion due to the differences in density resulting from the different Temperature ranges in the wort result. A particularly good one Natural circulation flow is achieved especially when the wort starts to boil in the hottest areas, so that ent form speaking vapor bubbles in the wort and thereby the density differences can be enlarged.
Probleme bietet das Kochen der Würze mit Naturumlaufströmung insbe sondere während der Aufheizphase, dass heißt wenn die Würze noch in keinem Bereich ihre Siedetemperatur erreicht hat. Aufgrund der Unterschreitung der Siedetemperatur entstehen nämlich nur sehr wenige, beziehungsweise gar keine Dampfblasen in der Würze, woraus aufgrund der relativ geringen Dichteunterschiede eine nur schwache Würzezirkula tion resultiert. Diese schwache Würzezirkulation kann zum pulsieren der Würze während der Aufheizphase führen, wodurch die Würzequalität nachteilig beeinflusst wird.Cooking the wort with natural circulation flow in particular presents problems especially during the heating phase, i.e. when the wort is still in no area has reached its boiling temperature. Because of the shortfall there are very few boiling temperatures, or no steam bubbles at all in the wort, which is due to a relatively weak wort circulation due to the relatively small density differences tion results. This weak wort circulation can pulse the Conduct wort during the heating phase, which reduces the wort quality is adversely affected.
Grundsätzlich sind aus dem Stand der Technik bereits Verfahren bekannt, bei denen die Würze vor dem Einströmen in die Würzekocheinrichtung auf eine Vorwärmtemperatur vorgewärmt wird (Brauindustrie 1/1995, Seiten 24 bis 27 und 8/2000, Seiten 424 bis 428). Beispielsweise bei der sogenannten Niederdruckkochung mit Energiespeicher wird das in der Würzepfanne verdampfende Wasser als Brüden in einem Pfannendunst kondensator kondensiert und zur Rückgewinnung der im Brüden enthal tenden Wärmeenergie Wasser im Gegenstrom auf 97°C angewärmt. Das im Pfannendunstkondensator aufgeheizte Wasser von 97°C wird dann in einen als Energiespeicher dienenden Wassertank zurück geführt und kann dort bis zu einem entsprechenden Bedarf zwischengespeichert werden. Insbesondere wird das im Energiespeicher zwischengespeicherte Wasser dazu benutzt, die aus einem Vorlaufgefäß ausströmende Würze beim Einpumpen in die Würzepfanne in einem Wärmetauscher aufzuheizen. Aufgrund der bei den verschiedenen Wärmeübergängen thermodynamisch zwingend erforderlichen Temperaturunterschiede kann die in die Würze pfanne einströmende Würze bei Verwendung dieses bekannten Systems, dass allein der Energieeinsparung dient, nur auf Temperaturen aufgeheizt werden, die mindestens 5,0°C unterhalb der Siedetemperatur der Würze liegen.Basically, the technology already methods are known from the state, in which the wort is preheated before flowing into the wort boiling device to a preheat temperature (brewing industry 1/1995, pages 24 to 27 and 8/2000, pages 424-428). For example, in the so-called low-pressure cooking with energy storage, the water evaporating in the wort kettle is condensed as vapors in a pan vapor condenser and heated to 97 ° C. in countercurrent to recover the thermal energy contained in the vapors. The water heated to 97 ° C in the pan vapor condenser is then returned to a water tank serving as an energy store and can be stored there until it is required. In particular, the water temporarily stored in the energy store is used to heat the wort flowing out of a flow vessel in a heat exchanger when it is pumped into the wort kettle. Due to the thermodynamically necessary differences in temperature during the different heat transfers, the wort flowing into the wort can only be heated to temperatures below 5.0 ° C below the boiling point of the wort when using this known system, which only serves to save energy.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren und eine Anlage zur Würzekochung vorzuschlagen, bei der das Aufheizen der Würze unter Verwendung einer Naturumlaufströmung verbessert wird.The object of the present invention is a method and an installation to propose wort boiling, in which the heating of the wort under Using a natural circulation flow is improved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bei diesem Verfahren wird die Würze auf eine Vorwärmtemperatur aufgeheizt wird, die maximal 5,0°C, insbesondere maximal 1 bis 2°C, unterhalb der Siedetemperatur der Würze liegt. Das heißt die Würze wird durch entsprechende Vorwärmung schon vor dem Einströmen in die Würzekocheinrichtung so stark aufgeheizt, dass die Temperaturdifferenz bis zu Erreichen des Siedepunkts der Würze mit der damit verbundenen gewünschten Blasenbildung relativ klein ist. Im Ergebnis kann dadurch erreicht werden, dass die Würze in der Würzeko cheinrichtung nur sehr kurz bis zum bereichsweisen Erreichen des Siede punktes und der damit verbunden stärkeren Naturumlaufströmung aufge heizt werden muss. Die beim Aufheizen der Würze in der Würzekochein richtung mit Naturumlaufströmung bekannten negativen Effekte, insbe sondere das Pulsieren der Würze während des Aufheizens, kann dadurch erheblich verringert werden.This object is achieved according to the invention by the features of claim 1. In this process, the wort is on a preheating temperature is heated to a maximum of 5.0 ° C, in particular maximum 1 to 2 ° C, below the boiling point of the wort. That means the wort is pre-heated by appropriate preheating the inflow into the wort boiling device so strongly heated that the temperature difference until the boiling point of the wort is reached the associated desired bubble formation is relatively small. in the The result can be achieved that the wort in the wort only very shortly until the boiling point is reached in certain areas point and the associated stronger natural circulation flow needs to be heated. The one when heating the wort in the wort cooker direction with natural circulation flow known negative effects, esp in particular, the pulsation of the wort during heating can thereby be significantly reduced.
Eine besonders schonende Vorwärmung der Würze kann dadurch gewähr leistet werden, dass die Würze, beispielsweise durch Verwendung eines geeigneten Wärmetauschers, im Durchlauf vorgewärmt wird.This enables a particularly gentle preheating of the wort be achieved that the wort, for example by using a suitable heat exchanger, is preheated in the run.
Eine besonders einfache konstruktive Möglichkeit zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Anlage ist es, den aus dem Energiespeichersystem bekannten Wärmetauscher primärseitig nicht mit Wasser aus dem Ener gierückgewinnungssystem zu beheizen, sondern einen Wärmeträger mit ausreichend hoher Energiedichte, beispielsweise Dampf oder Heißwasser mit einer Temperatur oberhalb von 100°C zu verwenden.A particularly simple constructive way of realizing a The system according to the invention is the one from the energy storage system known heat exchanger on the primary side not with water from the ener to heat the yaw recovery system, but with a heat transfer medium sufficiently high energy density, for example steam or hot water to be used at a temperature above 100 ° C.
Eine sanftere Einkoppelung der Wärmeenergie in die vorzuwärmende Würze wird jedoch erreicht, wenn zumindest zwei Wärmetauscher zur Erwärmung des Wärmeträgers hintereinander geschaltet werden. Falls die Einspeisung von Wärmeenergie gewünscht wird, die aus der bei der Würzekochung entstehenden Abwärme rückgewonnen wird, kann das dort vorgewärmte Wasser zur Speisung der entsprechenden Wärmetauscher Verwendung finden. Entsprechend der Temperatur des Wassers aus dem Energiespeicher ist dann ein geringerer Bedarf an Frischenergie zur Aufheizung der Würze während des Vorwärmens der Würze auf die gewünschte Vorwärmtemperatur erforderlich.A gentler coupling of the thermal energy into the preheated one However, wort is achieved when at least two heat exchangers are used Heating of the heat transfer medium can be connected in series. if the Feeding of thermal energy is desired, which from the Waste heat generated during wort boiling can be recovered there preheated water to feed the corresponding heat exchanger Find use. According to the temperature of the water from the Energy storage is then a lower requirement for fresh energy Heating of the wort during the preheating of the wort on the Desired preheating temperature required.
Zwei Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen Sche matisch dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben.Two embodiments of the invention are shown in the drawings represented mathematically and are described in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 Das Schema einer ersten Ausführungsform einer Anlage zur Würzekochung; Fig. 1 The diagram of a first embodiment of a plant for wort boiling;
Fig. 2 Das Schema einer zweiten Ausführungsform einer Anlage zur Würzekochung. Fig. 2 The scheme of a second embodiment of a plant for wort boiling.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage dient eine Würzepfanne 01 mit einem mit Dampf beheizten Innenkocher 02 dem Eindampfen der Würze 03. Die Würze 03 wird vor dem Würzekochen in einem Würzevorlauftank 04 zwischengespeichert und mittels einer Pumpe in die Würzepfanne 01 übergepumpt werden. Die Würze hat bei der dargestellten Ausführungs form im Würzevorlauftank 04 eine Temperatur von 74°C.In the system shown in FIG. 1, a wort kettle 01 with a steam-heated inner cooker 02 is used to evaporate the wort 03. Before wort boiling, the wort 03 is temporarily stored in a wort supply tank 04 and pumped into the wort kettle 01 by means of a pump. In the embodiment shown, the wort has a temperature of 74 ° C. in the wort supply tank 04.
Beim Umpumpen der Würze 03 vom Würzevorlauftank 04 in die Würze pfanne 01 durchströmt die Würze 03 einen Wärmetauscher 05 an dessen Sekundärseite. Der Wärmetauscher 05 wird seinerseits primärseitig von Heißwasser mit einer Einlauftemperatur von 101°C durchströmt. Der Wärmetauscher 05 ist dabei so ausgelegt, dass die Würze 03 sekundärsei tig von 74°C auf 98°C aufgeheizt wird und umgekehrt der Wärmeträger von 101°C auf 80°C abkühlt. Im Ergebnis strömt die Würze also mit einer Temperatur von 98°C in die Würzepfanne 01 ein, so dass beim Aufheizen der Würze 03 in der Würzepfanne 01 bis zum Erreichen der Siedetempe ratur bei 100°C lediglich eine kleine Temperaturdifferenz von 2°C überwunden werden muss. When pumping wort 03 from wort feed tank 04 into wort pan 01 flows through the wort 03 a heat exchanger 05 on the Secondary side. The heat exchanger 05 is in turn on the primary side of Hot water flows through with an inlet temperature of 101 ° C. The Heat exchanger 05 is designed so that wort 03 is secondary is heated from 74 ° C to 98 ° C and vice versa the heat transfer medium cools from 101 ° C to 80 ° C. As a result, the wort flows with one Temperature of 98 ° C in the wort kettle 01 so that when heating up the wort 03 in the wort kettle 01 until the boiling point is reached temperature at 100 ° C only a small temperature difference of 2 ° C must be overcome.
Um die Würze während des Vorwärmens im Wärmetauscher 05 möglichst schonend aufheizen zu können, ist es vorteilhaft, entsprechend unter Überdruck stehendes Heißwasser als Wärmeüberträger zu verwenden. Zur Aufheizung des Heißwassers auf 101°C dient ein Wärmetauscher 06, der primärseitig von Dampf durchströmt wird. Im Ergebnis kann dadurch das sekundärseitig mit 80°C in den Wärmetauscher 06 einströmende Heißwas ser auf 101°C aufgeheizt werden: Ein Heißwassertank 07 dient als Ener giezwischenspeicher in dem das Heißwasser bei einer Temperatur von circa 80°C zwischengespeichert wird. Das heißt das Heißwasser, das den Wärmetauscher 06 sekundärseitig und den Wärmetauscher 05 primärseitig durchströmt kann im Heißwassertank 07 unter Schließung eines geschlos senen Wärmeträgerkreislaufes zwischengespeichert werden, da die Vor lauftemperatur des Wärmeträgers im Wärmetauscher 06 gerade der Rücklauftemperatur des Wärmeträgers am Wärmetauscher 05 entspricht. Um die Wassertemperatur im Heißwassertank 07 konstant auf circa 80°C halten zu können, kann das Heißwasser mittels eines Wärmetauschers 08 unter Einsatz von Dampf aufgeheizt werden.To the wort during preheating in the heat exchanger 05 if possible To be able to heat up gently, it is advantageous to Use hot water at overpressure as a heat exchanger. to A hot exchanger 06 is used to heat the hot water to 101 ° C steam flows through on the primary side. As a result, this can Hot water flowing into the heat exchanger 06 on the secondary side at 80 ° C be heated to 101 ° C: A hot water tank 07 serves as an ener pouring buffer in which the hot water at a temperature of approximately 80 ° C is temporarily stored. That means the hot water that the Heat exchanger 06 on the secondary side and heat exchanger 05 on the primary side can flow through in the hot water tank 07 with the closure of a closed Senen heat transfer circuit are temporarily stored, because the pre running temperature of the heat transfer medium in the heat exchanger 06 Return temperature of the heat transfer medium at the heat exchanger 05 corresponds. To keep the water temperature in the hot water tank 07 constant at around 80 ° C to be able to hold the hot water by means of a heat exchanger 08 be heated using steam.
Die in Fig. 2 dargestellte Anlage entspricht in wesentlichen Merkmalen dem Aufbau der in Fig. 1 dargestellten Anlage. Wiederum dient eine Würzepfanne 01 mit einem Innenkocher 02 der Kochung der Würze 03. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird die Würze 03 mit einer Temperatur von 72°C in einem Würzevorlauftank 04 zwischenge speichert und kann beim Überpumpen in die Würzepfanne 01 mittels eines Wärmetauscher 05 vorgewärmt. Der Wärmetauscher 05 ist dabei so ausgelegt, dass die sekundärseitig in die Würzepfanne 01 überströmende Würze 03 eine Vorwärmtemperatur von 97°C aufweist.The system shown in FIG. 2 corresponds essentially to the structure of the system shown in FIG. 1. Again, a wort pan 01 with an inner cooker 02 serves to boil the wort 03. In the embodiment shown in FIG. 2, the wort 03 is temporarily stored in a wort supply tank 04 at a temperature of 72 ° C. and can be pumped into the wort pan 01 by means of a Heat exchanger 05 preheated. The heat exchanger 05 is designed such that the wort 03 overflowing into the wort kettle 01 on the secondary side has a preheating temperature of 97 ° C.
Um die für die Vorwärmung der Würze 03 erforderliche Wärmeenergie zur Verfügung stellen zu können, wird der Wärmetauscher 05 primärsei tig mit Heißwasser durchströmt, das beim Einlauf eine Temperatur von 101°C und am Auslauf eine Temperatur von 78°C aufweist. Zur Erwär mung des Heißwassers auf 101°C dient wiederum ein Wärmetauscher 06, in den der Wärmeträger sekundärseitig mit einer Einlauftemperatur von 97°C einströmt. Der Wärmetauscher 06 ist dabei derart ausgelegt, dass der primärseitig durchströmende Wärmeträger von 97°C auf 101°C aufgeheizt wird. Die dafür erforderliche Wärmeenergie wird durch Dampf zur Verfügung gestellt, der den Wärmetauscher 06 primärseitig durch strömt.To the thermal energy required for preheating the wort 03 To be able to make available, the heat exchanger 05 becomes primary flowed through with hot water that has a temperature of 101 ° C and has a temperature of 78 ° C at the outlet. For heating the hot water to 101 ° C is again a heat exchanger 06, in which the heat transfer medium has an inlet temperature of 97 ° C flows. The heat exchanger 06 is designed such that the heat transfer medium flowing through on the primary side from 97 ° C to 101 ° C is heated. The heat energy required for this is generated by steam made available by the heat exchanger 06 on the primary side flows.
Zur Schaffung eines geschlossenen Wärmeträgerkreislaufes dient wieder um ein Heißwassertank 07. Im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Anlage bildet der Heißwassertank 07 jedoch zusammen mit einem Pfan nendunstkondensator 09 ein Energierückgewinnungssystem, mit dem die beim Würzekochen entstehende Abwärme, die im ausdampfenden Brüden enthalten ist, zurückgewonnen wird. Mit der im Pfannendunstkondensator 09 aus dem Brüden rückgewonnenen Wärmeenergie wird das im oberen Teil des Heißwassertank 07 anstehende Wasser auf 97°C aufgeheizt. Im Ergebnis kann dadurch erreicht werden, dass das aus dem Wärmetauscher 05 zurückströmende Wasser mit einer Temperatur von 78°C an der Unterseite des Heißwassertanks 07 eingespeist wird und an der Oberseite des Heißwassertanks 07 Heißwasser mit einer Wassertemperatur von 97°C entnommen werden kann. Dieses aus dem Heißwassertank 07 entnommene Heißwasser wird dann wiederum primärseitig in den Wärmetauscher 06 eingespeist, so dass im Ergebnis nur relativ geringe Energiemengen in Form von Dampf bei der Aufheizung des Wärmeträgers auf die erforderli chen 101°C zur Beheizung des Wärmetauschers 06 erforderlich sind.To create a closed heat transfer circuit again around a hot water tank 07. In contrast to the system shown in Fig. 1, the hot water tank 07, however, together with a Pfan nendunstkondensator 09 forms an energy recovery system with which the waste heat generated during wort boiling, which is contained in the evaporating vapors , is recovered. With the heat energy recovered from the vapor in the pan vapor condenser 09, the water present in the upper part of the hot water tank 07 is heated to 97 ° C. As a result, it can be achieved that the water flowing back from the heat exchanger 05 with a temperature of 78 ° C is fed into the bottom of the hot water tank 07 and hot water with a water temperature of 97 ° C can be taken from the top of the hot water tank 07. This hot water removed from the hot water tank 07 is then in turn fed into the heat exchanger 06 on the primary side, so that, as a result, only relatively small amounts of energy in the form of steam are required for heating the heat carrier to the required 101 ° C. for heating the heat exchanger 06.
Mit der in Fig. 2 dargestellten Anlage kann zum einen eine gute Würze kochung mit Naturumlaufströmung erreicht werden, da die Temperatur differenz der in die Würzepfanne 01 einströmenden Würze 03 zur Siede temperatur nur relativ gering ist. Außerdem wird ein hoher Energienut zungsgrad erreicht, da die beim Würzekochen entstehende Abwärme zur Aufheizung der Würze beim Vorwärmen Verwendung findet.With the system shown in Fig. 2, a good wort boiling can be achieved with natural circulation flow, since the temperature difference of the wort 03 flowing into the wort kettle 01 to the boiling temperature is only relatively low. In addition, a high degree of energy utilization is achieved, since the waste heat generated during wort boiling is used to heat the wort during preheating.
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