DE102007047175C5 - Method and device for monitoring a fermentation process - Google Patents

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Abstract

Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen eines Gärvorgangs durch Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Gärbehälter entweichenden Gases. Bei der alkoholischen Gärung entstehen Gärgase, vorwiegend Kohlendioxid, die aus dem Gärbehälter (8) über ein auf eine Entlüftungsöffnung (9) luftdicht aufgestecktes Gärrohr (1) ausströmen. Dazu wird eine Messeinrichtung (4) eingesetzt, mit der die Strömungsgeschwindigkeit des ausströmenden Gasstromes (2) ermittelt wird. Die Messeinrichtung (4) besteht aus einem kalorimetrischen Strömungsmesser, bei dem ein Temperatursensor und ein Heiz- oder Kühlelement (4b) in einem Element in der Gärröhre (1) vereint sind. In Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit kühlt sich das Heizelement (4b) ab bzw. das Kühlelement (4b) auf, so dass sich aus der aufgewendeten Heiz- bzw. Kühlleistung die Strömungsgeschwindigkeit in der Gärröhre (1) bestimmen lässt.The invention relates to a method and a device for monitoring a fermentation process by determining the flow velocity of the gas escaping from the fermentation tank. During the alcoholic fermentation fermentation gases, mainly carbon dioxide, which flow out of the fermentation tank (8) via a to a vent opening (9) airtight plugged fermentation pipe (1). For this purpose, a measuring device (4) is used, with which the flow velocity of the outflowing gas stream (2) is determined. The measuring device (4) consists of a calorimetric flow meter, in which a temperature sensor and a heating or cooling element (4b) are combined in one element in the fermentation tube (1). Depending on the flow velocity, the heating element (4b) cools down or the cooling element (4b), so that the flow rate in the fermentation tube (1) can be determined from the heating or cooling power used.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen eines Gärvorgangs durch Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines von einem Gärbehälter entweichenden Gases.The present invention relates to a method and a device for monitoring a fermentation process by measuring the flow rate of a gas escaping from a fermentation tank.

Bei der alkoholischen Gärung wird Zucker durch Mikroorganismen wie Hefen oder Bakterien zu Alkohol und Kohlendioxid umgewandelt. Bei der Herstellung von Wein, Bier und Spirituosen ist die Gärung ein bedeutender Schritt im Herstellungsprozess. Störungen des Gärvorganges wie Gärstockung oder ein zu schneller Ablauf der Gärung zeigen negative Auswirkungen auf das spätere Endprodukt. Es ist daher notwendig, den Gärvorgang möglichst genau und fortlaufend zu kontrollieren und gegebenenfalls auf den Gärvorgang Einfluss zu nehmen, um die Qualität des Endproduktes sicher zu stellen.In alcoholic fermentation, sugar is converted by microorganisms such as yeasts or bacteria to alcohol and carbon dioxide. In the production of wine, beer and spirits fermentation is a significant step in the manufacturing process. Disturbances of the fermentation process such as fermentation increase or too fast a fermentation process show negative effects on the final product. It is therefore necessary to control the fermentation process as accurately and continuously as possible and, where appropriate, to influence the fermentation process in order to ensure the quality of the end product.

Weit verbreitet zur Überwachung des Gärvorgangs ist die aräometrische Messung des aktuellen Zuckergehaltes des Gärgutes, bei der ein Eintauchen eines Aräometers in eine zuvor entnommene Probe und das Ablesen der Probentemperatur und der Dichte der Probe erfolgt. Daneben existieren verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Zuckerabnahme, der Alkoholzunahme, des verbleibenden Zuckergehaltes und der Kohlendioxidabgabe. Diese Verfahren sind jedoch zeitintensiv und schon geringe Ungleichheiten der Probe führen zu Fehlmessungen.Widely used to monitor the fermentation process is the aräometrische measurement of the current sugar content of the fermentation, in which an immersion of a hydrometer in a previously taken sample and the reading of the sample temperature and the density of the sample is done. In addition, there are various methods for determining the sugar decrease, the alcohol increase, the remaining sugar content and the carbon dioxide release. However, these methods are time-consuming and even slight inequalities of the sample lead to incorrect measurements.

In der DE 10 2005 028 556 A1 bzw. der DE 10 2005 015 530 A1 werden daher ein zur aräometrischen Messung alternatives Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen des Gärvorganges vorgeschlagen. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die aus dem Behälter entweichende Gasmenge und die durchschnittliche Gärtemperatur bestimmt werden. Die Gärvorrichtung weist einen auf einem Gärgefäß sitzenden Gärspund auf, dessen Grundkörper bis zu einer vorgegebenen Höhe mit Flüssigkeit gefüllt ist und sieht ferner eine Messeinrichtung zur Durchflussmessung des entweichenden Gases vor. Bei dem Verfahren wird der Durchfluss zunächst durch einen Heizer erwärmt und anschließend die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Sensoren aufgrund der durch den Heizer bewirkten unterschiedlichen Temperaturen (stromaufwärts niedrigere Temperatur, stromabwärts höhere Temperatur) gemessen, wobei die Spannungsdifferenz von der Durchflussgeschwindigkeit und damit der Durchflussmenge abhängig und zu diesen proportional ist.In the DE 10 2005 028 556 A1 or the DE 10 2005 015 530 A1 Therefore, an alternative to the aräometrischen measurement method and apparatus for monitoring the fermentation process are proposed. The method is characterized in that the amount of gas escaping from the container and the average fermentation temperature are determined. The fermenting device has a fermenting pusher sitting on a fermenting vessel, the basic body of which is filled with liquid up to a predetermined height, and also provides a measuring device for measuring the flow of the escaping gas. In the method, the flow is first heated by a heater and then the voltage difference between the two sensors due to the heater caused by the different temperatures (upstream lower temperature, downstream higher temperature) is measured, the voltage difference of the flow rate and thus the flow rate and proportional to these.

Für geringe Volumenströme ist diese Art der Messung jedoch nicht zufriedenstellend. Darum ist bei diesem System für geringe Volumenströme eine Gärpfeife mit Deckel vorgesehen, die zusätzlich mit einer elektronischen Sensorik zur Ermittlung der Hubfrequenz der Kappe ausgestattet ist. Diese Konstruktion hatte jedoch einen großen Nachteil. Wird bei angebrachter Regelung aus dem Behälter Gärgut entnommen, kann diese Kappe als Rückschlagventil agieren und den Zustrom von Luft oder Gas in dem Behälter zurück verhindern. Der so entstehende Unterdruck im Behälter kann zu dessen Beschädigung und im Extremfall zur Zerstörung der Anlage führen. Das Verfahren hat zudem den Nachteil, dass der bei der Gärung möglicherweise entstehende Schaum in die Sensorik eindringen kann, wodurch die Messanordnung zerstört wird.However, this type of measurement is not satisfactory for low volume flows. Therefore, this system is designed for low flow rates a whistle with lid, which is also equipped with an electronic sensor to determine the stroke frequency of the cap. However, this construction had a great disadvantage. If fermentation material is withdrawn from the container when the regulator is attached, this cap can act as a check valve and prevent the influx of air or gas back into the container. The resulting negative pressure in the container can lead to its damage and in extreme cases to the destruction of the system. The method also has the disadvantage that the possibly resulting during the fermentation foam can penetrate into the sensor, whereby the measuring device is destroyed.

Weitere ähnliche Verfahren sind in der EP 0 271 380 A1 , EP 1 298 197 A1 , EP 0 469 998 B1 beschrieben. In der EP 0 271 380 B1 erfolgt die Überwachung des Gärvorganges durch eine Ermittlung des Alkoholgehaltes über einzelne Parameter des Gärgutes wie Temperaturdifferenz, Dichte des Gärgutes, Refraktionsindex, Kohlendioxidgehalt. Eine Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des austretenden Gases ist nicht vorgesehen.Other similar procedures are in the EP 0 271 380 A1 . EP 1 298 197 A1 . EP 0 469 998 B1 described. In the EP 0 271 380 B1 Monitoring the fermentation process by determining the alcohol content on individual parameters of the fermentation material such as temperature difference, density of the fermentation material, refractive index, carbon dioxide content. A determination of the flow rate of the exiting gas is not provided.

In der EP 1 298 197 A1 wird eine Vorrichtung zu Behandeln von Maische beschrieben, wobei die Gasmenge, insbesondere die CO2-Menge und/oder der CO2-Gehalt während der Gärung gemessen wird, wobei in Abhängigkeit von der Gasmenge die Temperatur der Maische im Behälter geregelt bzw. gesteuert wird. Wie auch bei den zuvor genannten Systemen erfolgt die Ermittlung der Gasmenge durch einen Durchflusssensor. Eine Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des entweichenden Gases wird nicht beschrieben.In the EP 1 298 197 A1 a device for treating mash is described, wherein the amount of gas, in particular the amount of CO 2 and / or the CO 2 content is measured during fermentation, wherein depending on the amount of gas, the temperature of the mash is controlled or controlled in the container , As with the aforementioned systems, the determination of the amount of gas by a flow sensor. A determination of the flow velocity of the escaping gas will not be described.

In der EP 0 469 998 B1 wird ein Verfahren zur automatischen Steuerung der Gärung beschrieben, bei dem die Gärungsgeschwindigkeit anhand der Gasmenge gemessen wird, die pro Zeiteinheit und pro Volumeneinheit frei gesetzt wird. Anhand der gemessenen Gasmenge erfolgt ein Rückschluss auf die Gärungsgeschwindigkeit.In the EP 0 469 998 B1 A process is described for automatically controlling the fermentation in which the fermentation rate is measured by the amount of gas released per unit time and per unit volume. Based on the measured amount of gas, a conclusion is drawn on the fermentation rate.

In der EP 1 270 716 A1 dient die Messung von Drücken zur Bestimmung des Zuckergehaltes. Aus der Druckdifferenz und der Höhendifferenz zweier zur Druckmessung eingesetzter Sensoren lässt sich die Dichte des enthaltenen Gärgutes und aus der Dichte wiederum der Zuckergehalt ermitteln.In the EP 1 270 716 A1 is used to measure pressures to determine the sugar content. From the pressure difference and the height difference of two sensors used for pressure measurement, the density of the digestate contained and from the density in turn determine the sugar content.

In dem für die vorliegende Erfindung nächst liegenden Stand der Technik, der JP 07 023 764 A , wird zur Bestimmung des Alkoholgehaltes die Strömungsgeschwindigkeit des aus einem Gärbehälter entweichenden Gases mit einem Gasdurchflussgeschwindigkeitsmessgerät ermittelt. Aufgrund dieses Messergebnisses wird die Temperatur der Sake-Rohmasse kontrolliert, indem ein Heiz- oder Kühlwasserkreislauf aktiviert wird. Die Installation ist sehr aufwendig.In the closest prior art for the present invention, the JP 07 023 764 A , For the determination of the alcohol content, the flow velocity of the gas escaping from a fermentation tank is determined with a gas flow rate measuring device. Based on this measurement result, the temperature of the sake raw mass is controlled by activating a heating or cooling water circuit. The installation is very expensive.

In der US 6 058 774 A und der DE 42 43 573 A1 werden das allgemeine Prinzip der Messung von Strömungsgeschwindigkeiten über die Erwärmung des Gasstromes mit einem Heizelement und zumindest einem nachgeschalteten Temperatursensor beschrieben. Für die Messung ist eine Messstrecke und mehrere Wirk- und Messeinheiten notwendig. Die Installation ist aufwendig. Der Temperatursensor und das Heizelemente sind getrennte Einheiten. In the US 6 058 774 A and the DE 42 43 573 A1 The general principle of measuring flow velocities by heating the gas flow with a heating element and at least one downstream temperature sensor will be described. For the measurement, one measuring section and several active and measuring units are necessary. The installation is complicated. The temperature sensor and the heating elements are separate units.

In der DE 10 2004 011 413 A1 wird eine Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung der alkoholischen Gärung von Traubenmosten und anderen Fruchtsäften beschrieben, um den Gärverlauf zu verfolgen. Dabei erfolgt eine kontinuierliche Messung des Flusses des entstehenden Kohlendioxids über Volumen- oder Strömungsmessgeräte, um die Vergärungsrate zu bestimmen, wodurch die Temperatur so gesteuert wird, dass eine optimale Vergärungsgeschwindigkeit eingehalten wird. Die Gärgase der einzelnen Tanks werden über Magnetventile zyklisch auf eine zum Massenflussmesser führenden Leitung aufgeschaltet und über diesen dem Messgerät zugeführt.In the DE 10 2004 011 413 A1 A device for monitoring and controlling the alcoholic fermentation of grape musts and other fruit juices is described in order to follow the fermentation process. Thereby, a continuous measurement of the flow of the resulting carbon dioxide through volume or flow meters to determine the rate of fermentation, whereby the temperature is controlled so that an optimal fermentation rate is maintained. The fermentation gases of the individual tanks are cyclically connected via solenoid valves to a line leading to the mass flow meter and fed via this to the meter.

In der Publikation zur Interventis Interfructa, Der Deutsche Weinbau vom 23.03.2007 wird ein alternatives Gärsteuerungssystem vorgestellt, bei dem die Temperaturführung und die Dichteabbaurate sowie Nährstoffsituation berücksichtigt werden. Auf diese Weise sollen kritische Gärsituationen vorab erkannt werden.In the publication to the Interventis Interfructa, the German viticulture from 23.03.2007 an alternative fermentation control system is presented, with which the temperature guidance and the density degradation rate as well as nutrient situation are considered. In this way, critical fermentation situations should be identified in advance.

In der DE 10 2005 053 096 A1 werden ein Verfahren zur Kalibration eines kalorimetrischen Durchflussmessgerätes und eine entsprechende Vorrichtung beschrieben, die zumindest einen Temperatursensor und ein Heiz-/Kühlelement aufweist. Temperatursensor und Heiz-/Kühlelemente sind getrennte Einheiten. Das Durchflussmessgerät ist mit mindestens einem Wärmewiderstandselement ausgerüstet, welches einen einstellbaren thermischen Widerstandswert aufweist und in thermischen Kontakt gebracht wird. Von dem Heizelement wird eine wählbare Wärmemenge erzeugt und die Temperatur über den Temperatursensor gemessen. Anschließend erfolgt ein Vergleich mit einem Sollwert.In the DE 10 2005 053 096 A1 For example, a method for calibrating a calorimetric flowmeter and a corresponding device are described, which has at least one temperature sensor and a heating / cooling element. Temperature sensor and heating / cooling elements are separate units. The flowmeter is equipped with at least one thermal resistance element which has an adjustable thermal resistance and is brought into thermal contact. From the heating element, a selectable amount of heat is generated and the temperature measured via the temperature sensor. Subsequently, a comparison is made with a setpoint.

Diese im zuvor genannten Stand der Technik beschriebenen Verfahren zur Überwachung von Gärvorgängen sind nicht zufriedenstellend. Eine aräometrische Messung ist zeitaufwändig und arbeitsintensiv und erfordert eine regelmäßige Probenentnahme. Eine Automatisierung ist nur mit erheblichem Aufwand möglich. Eine Überwachung des Gärvorganges über eine Ermittlung der Gasmenge ist insbesondere bei kleinen Volumenströmen ungenau und erfordert weitere Mittel oder Maßnahmen, um auch solche Volumenströme exakt messen zu können. Sehr oft ist hierzu ein erheblicher technischer Aufwand erforderlich. Die bekannten Verfahren zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit des aus einem Gärbehälter entweichenden Gases sind ebenfalls sehr aufwendig und benötigen umfangreiche Installations- und Messeinrichtungen.These methods for monitoring fermentation processes described in the aforementioned prior art are unsatisfactory. Ararometric measurement is time consuming and labor intensive and requires regular sampling. Automation is only possible with considerable effort. A monitoring of the fermentation process via a determination of the amount of gas is inaccurate, especially for small flow rates and requires further means or measures to accurately measure such volume flows can. Very often this requires a considerable technical effort. The known methods for measuring the flow velocity of the gas escaping from a fermentation tank are also very expensive and require extensive installation and measuring equipment.

Ausgehend von der JP 07 023 764 A ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte und zugleich einfach zu installierende Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit des aus einem Gärbehälter entweichenden Gases zur Überwachung des Gärvorganges bereit zu stellen.Starting from the JP 07 023 764 A It is therefore an object of the present invention to provide an improved and at the same time easy to install device and a method for measuring the flow rate of escaping gas from a fermentation tank for monitoring the fermentation process.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 8.This object is achieved by a method having the features according to claim 1 and a device having the features according to claim 8.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Überwachen eines Gärvorganges erfolgt eine Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des aus einem Gärbehälter ausströmenden Gases, die wiederum abhängig ist von einem kontinuierlich ablaufenden Gärvorgang in dem Gärbehälter. Durch Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit ist es möglich, die Gasbildung und damit den Gärverlauf zu verfolgen und gegebenenfalls auf diesen Einfluss zu nehmen.In the method according to the invention for monitoring a fermentation process, a determination is made of the flow velocity of the gas flowing out of a fermentation tank, which in turn depends on a continuous fermentation process in the fermentation tank. By determining the flow rate, it is possible to monitor the gas formation and thus the fermentation process and, if necessary, to take this influence.

Zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit ist eine Messeinrichtung notwendig, die zweckmäßigerweise in einer Gärröhre angeordnet ist, da hier üblicherweise das aus dem Gärbehälter entweichende Gas hindurchgeleitet wird.For measuring the flow velocity, a measuring device is necessary, which is expediently arranged in a fermentation tube, since here usually the gas escaping from the fermentation tank is passed through.

Der Ausdruck „Gärröhre” oder „Gärröhrchen” wird synonym mit der Bezeichnung Gärspund, Gärrohr, Gärpfeife, Gärglas, Gäraufsatz oder Spunden verwendet. Die Gärröhre verschließt die Öffnung des Gärbehälters bzw. des Maischegefäßes so, dass während des Gärprozesses das freigesetzte Gärgas, hauptsächlich Kohlenstoffdioxid, aus dem Gärbehälter in die Gärröhre entweichen kann, ohne dass Luft bzw. Sauerstoff von außen in den Behälter eindringen kann. Das Eindringen von Sauerstoff würde zu einer unerwünschten Oxidation des Gärgutes führen und Essigbildung wäre die Folge.The term "fermentation tube" or "fermentation tube" is used synonymously with the term fermenting pint, fermentation tube, whistle, fermenting glass, fermenting attachment or dispenser. The fermentation tube closes the opening of the fermentation container or the mash vessel so that during the fermentation process the released fermentation gas, mainly carbon dioxide, can escape from the fermentation tank into the fermentation tube without air or oxygen being able to penetrate from the outside into the container. The penetration of oxygen would lead to unwanted oxidation of the digestate and vinegar formation would be the result.

Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist eine kalorimetrische Messeinrichtung, die in der Gärröhre angeordnet ist und im folgenden näher beschrieben werden soll.Part of the present invention is a calorimetric measuring device, which is arranged in the fermentation tube and will be described in more detail below.

Zur kalorimetrischen Messung ist ein Heiz- oder Kühlelement vorgesehen, das eine höhere oder eine niedrigere Temperatur besitzt, als das umströmende aus dem Gärbehälter entweichende Gas. Die Messung erfolgt auf Grundlage des eingesetzten Energiebedarfes, der notwendig ist, um das Heiz- oder Kühlelement auf Solltemperatur zu bringen. Anhand der Temperaturdifferenz und des eingesetzten Energiebedarfes lässt sich die Strömungsgeschwindigkeit ermitteln. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Heiz- oder Kühlelement und der Temperatursensor in einem Element in der Gärröhre vereint sind, wobei das Heiz- oder Kühlelement zugleich der Temperatursensor ist und dessen Funktion zur Gastemperaturmessung übernimmt.For calorimetric measurement, a heating or cooling element is provided which has a higher or a lower temperature than the gas flowing around out of the fermentation tank. The measurement is based on the used Energy demand, which is necessary to bring the heating or cooling element to set temperature. The flow rate can be determined on the basis of the temperature difference and the energy requirement. According to the invention, it is provided that the heating or cooling element and the temperature sensor are combined in one element in the fermentation tube, wherein the heating or cooling element is at the same time the temperature sensor and assumes its function for gas temperature measurement.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist zur kalorimetrischen Messung das Heiz- oder Kühlelement in dem Strömungskanal des entweichenden Gases in der Gärröhre, angeordnet. In einer Ausführungsform besitzt das Heizelement eine höhere Solltemperatur als die Temperatur des entweichenden Gases (THeiz > TGas). Die Bestimmung der Temperatur des entweichenden Gases erfolgt über das Heiz- oder Kühlelement, welches zugleich ein Messsensor zur Gastemperaturmessung ist und dessen Funktion übernimmt. Hierzu wird der zur Erhitzung des Heizelementes notwendige Stromfluss durch das Heizelement kurzfristig unterbrochen und mit dem Messsensor die Temperatur des aus dem Gärbehälter entweichenden Gases gemessen. Nach Bestimmung der Gastemperatur wird das Heizelement durch Stromaufnahme wieder auf die Solltemperatur gebracht.In the method according to the invention, the heating or cooling element is arranged in the flow channel of the escaping gas in the fermentation tube for the calorimetric measurement. In one embodiment, the heating element has a higher set temperature than the temperature of the escaping gas (T heating > T gas ). The determination of the temperature of the escaping gas via the heating or cooling element, which is also a measuring sensor for gas temperature measurement and takes over its function. For this purpose, the current flow necessary for heating the heating element is temporarily interrupted by the heating element and the temperature of the gas escaping from the fermentation tank is measured with the measuring sensor. After determining the gas temperature, the heating element is brought by current consumption back to the set temperature.

Je nach Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Gärbehälter entweichenden Gases erfolgt eine Abkühlung des Heizelementes durch Wärmeabfuhr, wodurch das Heizelement um einen bestimmten Temperaturbetrag abkühlt wird. Die Temperaturdifferenz zwischen der Solltemperatur des Heizelementes und der abgesenkten Temperatur ist abhängig von und proportional zu der Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Gärbehälter entweichenden Gases. Eine Bestimmung der Absenktemperatur erfolgt indirekt durch Ermittlung des Energiebedarfes, der notwendig ist, um das Heizelement wieder auf Solltemperatur zu bringen. Anhand des so investierten Energiebedarfes ist ein Rückschluss auf die Strömungsgeschwindigkeit des Gases möglich.Depending on the flow velocity of the gas escaping from the fermentation tank, the heating element is cooled by heat removal, whereby the heating element is cooled by a certain amount of temperature. The temperature difference between the setpoint temperature of the heating element and the lowered temperature is dependent on and proportional to the flow velocity of the gas escaping from the fermentation tank. A determination of the lowering temperature is carried out indirectly by determining the energy consumption that is necessary to bring the heating element back to the setpoint temperature. On the basis of the energy demand thus invested, a conclusion on the flow velocity of the gas is possible.

Die Gastemperatur wird durch den Temperatursensor festgestellt. Erfolgt eine Messung des Einschaltstroms beim ersten Einschalten, so ist dieser proportional zur Sensortemperatur, welche in diesem Fall der Gastemperatur entspricht.The gas temperature is detected by the temperature sensor. If a measurement of the inrush current occurs at the first switch-on, this is proportional to the sensor temperature, which in this case corresponds to the gas temperature.

Anstelle des Heizelementes kann auch ein Kühlelement eingesetzt werden. Hierbei ist der Vorgang umgekehrt. Die Solltemperatur des Kühlelementes ist niedriger als die Temperatur des Gases. Durch kommt es zu einer Erwärmung des Kühlelementes. Zur Kompensierung ist ein Energieaufwand notwendig, um das Kühlelement auf die Solltemperatur zu bringen. Ein Beispiel eines solchen Kühlelementes ist das Peltier-Element (auch TEC-Element genannt), bei dem ein Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz oder eine Temperaturdifferenz einen Stromfluss erzeugt. Aber auch sonstige Halbleiter basierte Temperaturelemente sind in der vorliegenden Erfindung verwendbar.Instead of the heating element and a cooling element can be used. Here, the process is reversed. The target temperature of the cooling element is lower than the temperature of the gas. Through it comes to a warming of the cooling element. Compensating requires energy to bring the cooling element to the setpoint temperature. An example of such a cooling element is the Peltier element (also called TEC element), in which a current flow generates a temperature difference or a temperature difference generates a current flow. However, other semiconductor-based temperature elements are useful in the present invention.

Vorzugsweise besteht das Heiz- oder Kühlelement aus einem nicht leitenden, isolierenden Trägermaterial wie Kunststoff oder Keramik, auf dem eine dünne Metallschicht mit PTC-Eigenschaften aufgebracht ist. Bei Anlegen einer Spannung erwärmt sich das Metall bis der Stromfluss durch den sich erhöhenden elektrischen Widerstand des Metalls begrenzt wird. Bei einem Kühlelement verhält es sich umgekehrt. Schaltet man zyklisch die Spannung an und aus, ist der Einschaltstrom proportional zur Temperatur der Metallelektrode. Bei bekannter Ausgangstemperatur kann man so die Temperaturänderung des Heiz- oder Kühlelements ermitteln. Diese Temperaturänderung ist direkt abhängig von der Gastemperatur und dem Gasdurchfluss.Preferably, the heating or cooling element consists of a non-conductive, insulating carrier material such as plastic or ceramic, on which a thin metal layer with PTC properties is applied. When a voltage is applied, the metal heats up until the current flow is limited by the increasing electrical resistance of the metal. In a cooling element, it behaves vice versa. If the voltage is cyclically switched on and off, the inrush current is proportional to the temperature of the metal electrode. If the starting temperature is known, it is thus possible to determine the temperature change of the heating or cooling element. This temperature change is directly dependent on the gas temperature and the gas flow.

Erfindungsgemäß vereint man auf einem nicht leitenden Trägermaterial einen wie zuvor beschriebenen Heizkreis und einen oder mehrere Temperatursensoren. Hierbei erfolgt die Messung des Gases, wenn der Heizkreis durch den integrierten Temperatursensor stromlos ist. Für die Messung des Gasstromes wird die Solltemperatur des Heizkreises auf einen Betrag gesetzt, welche der Gastemperatur plus einen bestimmten Differenzbetrag entspricht. Ferner wird ein Regelkreis zur Einhaltung dieser Sensortemperatur gebildet. Der Regelkreis hat die Möglichkeit, den Strom durch den Heizkreis zu erhöhen oder zu vermindern.According to the invention, a heating circuit as described above and one or more temperature sensors are combined on a non-conductive carrier material. In this case, the measurement of the gas takes place when the heating circuit is de-energized by the integrated temperature sensor. For the measurement of the gas flow, the setpoint temperature of the heating circuit is set to an amount which corresponds to the gas temperature plus a certain difference. Furthermore, a control loop for maintaining this sensor temperature is formed. The control loop has the option of increasing or decreasing the current through the heating circuit.

Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des am Sensor vorbeiströmenden Gases Wärme abgeführt, wodurch die Temperatur des Heizkreises sinkt. Der Regelkreis erhöht den Heizstrom, der somit dem Gasfluss proportional ist. Bei Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit ist es umgekehrt; der Heizkreis heizt sich aufgrund der geringeren Wärmeabfuhr auf und der Regelkreis senkt den Stromfluss durch den Heizkreis, welcher proportional zur Strömungsgeschwindigkeit ist. Der Messbereich für die Geschwindigkeitsmessung kann über den Differenzwert erhöht oder erniedrigt werden. Je höher die Temperaturdifferenz zwischen Heizkreis und Fluid, desto empfindlicher reagiert der Sensor auf Gasströme. So können auch kleine Strömungsgeschwindigkeiten zuverlässig gemessen werden.In the embodiments according to the invention, heat is dissipated as a function of the velocity of the gas flowing past the sensor, as a result of which the temperature of the heating circuit decreases. The control circuit increases the heating current, which is thus proportional to the gas flow. When reducing the flow rate, it is the other way round; the heating circuit heats up due to the lower heat dissipation and the control circuit reduces the flow of current through the heating circuit, which is proportional to the flow velocity. The measuring range for the speed measurement can be increased or decreased via the difference value. The higher the temperature difference between the heating circuit and the fluid, the more sensitive the sensor is to gas flows. This way even small flow velocities can be reliably measured.

Wenn die Sensoren mit einem hitzebeständigen und wasserfesten Lack versehen werden, sind sie zudem unempfindlich gegen Feuchtigkeit und Verschmutzung.If the sensors are provided with a heat-resistant and water-resistant paint, they are also insensitive to moisture and dirt.

Der Temperaturunterschied zwischen der Solltemperatur des Heiz- oder Kühlelementes und der Temperatur des aus dem Gärbehälter entweichenden Gases kann in der Abhängigkeit von der Größe des Gärbehälters festgesetzt werden, wobei bei kleineren Behältern die Temperaturdifferenz der beiden Kenngrößen größer ausfallen sollte als bei größeren Behältern. The temperature difference between the setpoint temperature of the heating or cooling element and the temperature of the gas escaping from the fermentation tank can be set depending on the size of the fermentation tank, with smaller containers, the temperature difference of the two parameters should be greater than larger containers.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Heiz- oder Kühlelement, welches zugleich der Temperatursensor ist, unmittelbar im Strömungskanal des entweichenden Gases in der Gärröhre angeordnet.In the apparatus according to the invention, the heating or cooling element, which is also the temperature sensor, is arranged directly in the flow channel of the escaping gas in the fermentation tube.

Die Vorrichtung kann ferner einen oder mehrere Strömungssensoren umfassen, mit denen die Strömungsrichtung des Gases ermittelt werden kann. Der Strömungssensor kann ebenfalls in der Gärröhre angeordnet sein. Mit dem Strömungssensor ist es möglich, einen Rückstrom von Gas aus der Gärröhre in den Gärbehälter festzustellen. Da ein Rückstrom unbedingt vermieden werden soll, wird in diesem Fall ein Alarm ausgelöst, so dass der Betreiber über diesen Zustand informiert wird.The device may further comprise one or more flow sensors, with which the flow direction of the gas can be determined. The flow sensor may also be arranged in the fermentation tube. With the flow sensor, it is possible to detect a return flow of gas from the fermentation tube into the fermentation tank. Since a return current is to be avoided at all costs, an alarm is triggered in this case so that the operator is informed about this condition.

Die Vorrichtung kann ferner einen Füllstandsanzeiger umfassen, mit dem ermittelt werden kann, ob und/oder wie viel Flüssigkeit sich in der Gärröhre befindet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der durch die Flüssigkeit bewirkte Rückstaudruck konstant bleibt und die Messergebnisse nicht verfälscht werden. Der Füllstandsanzeiger befindet sich vorzugsweise im aufsteigenden stromabwärts gelegenen Gärrohrast unmittelbar vor der zweiten Gärrohrerweiterung. Die Messung kann über Differenzdrucksensoren erfolgen, die den Staudruck ermitteln. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung von Sensoren zur Messung der Leitfähigkeit der Gärröhrenflüssigkeit. Eine Änderung der Leitfähigkeit würde vorliegen, wenn der Flüssigkeitsspiegel in der Gärröhre unter einen bestimmten Sollwert fällt. Durch den Einsatz elektrischer Messverfahren ist eine automatische Alarmierung möglich, wenn der Flüssigkeitsspiegel unter den Sollwert fällt. Ferner ist vorgesehen, dass die Befüllung der Gärröhre mit Flüssigkeit automatisiert erfolgt, sobald sich zu wenig Flüssigkeit im Gärrohrbogen befindet.The apparatus may further comprise a level indicator for determining whether and / or how much liquid is in the fermentation tube. In this way it is ensured that the back pressure caused by the liquid remains constant and the measurement results are not falsified. The level indicator is preferably located in the ascending downstream Gärrohrast immediately before the second Gärrohrerweiterung. The measurement can be made via differential pressure sensors, which determine the dynamic pressure. Another possibility is the use of sensors to measure the conductivity of the fermentation tube fluid. A change in conductivity would be present if the liquid level in the fermentation tube falls below a certain set point. By using electrical measuring methods, an automatic alarm is possible if the liquid level falls below the setpoint. It is further provided that the filling of the fermentation tube with liquid takes place automatically as soon as there is too little liquid in the Gärrohrbogen.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass keine mechanischen Teile mehr durch den Gasstrom bewegt werden müssen, wie es bei Verfahren im Stand der Technik der Fall ist. Anhand der ermittelten Strömungsgeschwindigkeit können unmittelbar aus den gewonnenen Messwerten oder den nachfolgend errechneten Daten Regelparameter über Kenngrößen wie Gärungsfortschritt, Restzucker oder Alkoholgehalt abgeleitet werden. Zur Speicherung, Analyse und Verarbeitung der so ermittelten Messwerte ist vorzugsweise eine Steuereinheit vorgesehen, welche elektronisch mit einer Kommunikationsschnittstelle zur Datenübertragung verbunden ist.An advantage of the device according to the invention is that no mechanical parts have to be moved through the gas stream, as is the case in prior art processes. On the basis of the determined flow rate, control parameters can be derived directly from the measured values obtained or the data calculated below via parameters such as fermentation progress, residual sugar or alcohol content. For storage, analysis and processing of the measured values thus determined, a control unit is preferably provided, which is electronically connected to a communication interface for data transmission.

Durch eine elektronische Erfassung der Messwerte und Verarbeitung der Daten ist es möglich, über elektrisch gesteuerte Regelkreise den Gärungsfortschritt voll- oder halbautomatisch, beispielsweise durch Erhöhung und Absenkung der Behältertemperatur und/oder der Gärguttemperatur, zu regeln. Ferner ist es möglich, die Messergebnisse grafisch darzustellen und die Rahmenparameter, wie ursprünglicher Zuckergehalt des Gärgutes und das Volumen des Gärgutes als Rechengrundlage für die Geschwindigkeit der Zuckerabnahme, Alkoholzunahme und verbleibenden Restzucker zu ermitteln. Die Datenverarbeitung kann über einen Computer (PC) erfolgen. Bevorzugt sind hierbei zentral ablaufende Datenverarbeitungsprozesse und Regelinstrumente.By electronically recording the measured values and processing the data, it is possible to regulate the progress of fermentation fully or semi-automatically, for example by increasing and decreasing the temperature of the container and / or the temperature of the fermentation, via electrically controlled control circuits. It is also possible to graphically display the measurement results and to determine the parameters of the parameters, such as the original sugar content of the digestate and the volume of the digestate, as a basis for calculating the rate of sugar intake, alcohol intake and remaining residual sugar. The data processing can be done via a computer (PC). Preference is given here to centrally running data processing processes and control instruments.

Die Darstellung der Messergebnisse und Parametereingabe kann sowohl lokal auf einer angeschlossenen Datenverarbeitungsanlage als auch als Internetseite zur Fernkontrolle und Parametrierung erfolgen. Die Datenverbindung zwischen den Sensoren und der Datenverarbeitungsanlage kann sowohl drahtgebunden über ein Bus-System als auch drahtlos per Funk erfolgen.The presentation of the measurement results and parameter input can be done both locally on a connected data processing system and as an Internet site for remote control and parameterization. The data link between the sensors and the data processing system can be wired via a bus system or wirelessly.

Die Datenverarbeitungsanlage besitzt vorzugsweise Einrichtungen zur Meldung von Störungen der Anlage oder der Sensoren, Über- oder Unterschreitungen von Grenzwerten oder Regelparametern. Die Alarmierung kann optisch (z. B. Anzeige auf Monitor, IC-Display, Blinkleuchte, Klimmleuchte), akustisch (z. B. Sirene, Summer, Sprachausgabe) oder elektronisch (z. B. E-Mail, SMS, Internet) erfolgen.The data processing system preferably has facilities for reporting faults in the system or the sensors, exceeding or falling below limit values or control parameters. The alarm can be visual (eg display on monitor, IC display, flashing light, taillight), audible (eg siren, buzzer, voice output) or electronic (eg e-mail, SMS, Internet) ,

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch mit wenigen Handgriffen von einem Gärbehälter auf einen anderen montiert werden, so dass die Vorrichtung während der Reifephase des Gärgutes für Gärgut in anderen Behältern verwendet werden kann.The device of the invention can also be mounted with a few simple steps from one fermentation tank to another, so that the device can be used during the maturation phase of the digestate for digestate in other containers.

In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Vorrichtungen in einer Anlage mit mehreren Gärbehältern vorgesehen, wobei eine Erfassung und Verarbeitung von Messwerten und/oder Daten von mehreren Messeinrichtungen und eine unabhängige Kontrolle und individuelle Regulation der einzelnen Gärbehälter erfolgt. Auf diese Weise ist es möglich, auf die Gärvorgänge in den einzelnen Gärbehältern individuell Einfluss zu nehmen, beispielsweise durch Erhöhung oder Absenkung der Temperatur im Gärgut oder im Gärbehälter. Geeignete Mittel zur Temperaturregulation in den Gärbehältern sind im Stand der Technik bekannt.In a further embodiment, a plurality of devices are provided in a system with a plurality of fermentation tanks, wherein a detection and processing of measured values and / or data of several measuring devices and an independent control and individual regulation of the individual fermentation tanks takes place. In this way it is possible to individually influence the fermentation processes in the individual fermentation tanks, for example by increasing or decreasing the temperature in the fermentation product or in the fermentation tank. Suitable means for temperature regulation in the fermentation tanks are known in the art.

Die Erfindung soll anhand der folgenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen The invention will be explained in more detail with reference to the following drawings. Show it

1 einen Gärbehälter mit aufgesetzter Gärröhre und erfindungsgemäßer Messeinrichtung, 1 a fermentation tank with attached fermentation tube and measuring device according to the invention,

2 eine Detaildarstellung einer Gärröhre mit erfindungsgemäßer Messeinrichtung, 2 a detailed representation of a fermentation tube with inventive measuring device,

3 eine Seitenansicht eines Gärbehälters mit Gärröhre und erfindungsgemäßer Messeinrichtung, und 3 a side view of a fermentation tank with fermentation tube and inventive measuring device, and

4 eine Mehrfachanordnung von mehreren Messeinrichtungen mit elektronischer Datenverarbeitung. 4 a multiple arrangement of several measuring devices with electronic data processing.

In 1 erkennt man die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung des Gärvorgangs. Auf dem Gärbehälter 8 befindet sich eine Gärröhre 1, wie sie zur Herstellung von Wein, Bier oder Spirituosen üblicherweise verwendet wird. In der Gärröhre 1 befindet sich die Messeinrichtung 4.In 1 recognizes the inventive device for monitoring the fermentation process. On the fermentation tank 8th there is a fermentation tube 1 , as it is commonly used for the production of wine, beer or spirits. In the fermentation tube 1 is the measuring device 4 ,

Das durch den Stoffwechsel der Mikroorganismen produzierte Gas gelangt über eine Entlüftungsöffnung 9 in das darin eingesetzte Gärrohr 1. Die Entlüftungsöffnung 9 ist mit einem Gummistopfen 5 abgedichtet, so dass keine Stoffe von außen (wie Gase, Mikroorganismen oder Insekten) in den Gärbehälter 8 gelangen und dadurch das Produkt negativ beeinflussen können. Andererseits können keine entstehenden Gase aus dem Gärbehälter 8 in die Umwelt austreten.The gas produced by the metabolism of microorganisms passes through a vent 9 into the fermentation tube used in it 1 , The vent 9 is with a rubber stopper 5 sealed, so that no substances from the outside (such as gases, microorganisms or insects) in the fermentation tank 8th and thereby negatively affect the product. On the other hand, no resulting gases from the fermentation tank 8th escape into the environment.

In 2 ist die Gärröhre 1 mit der Messeinrichtung 4 genauer dargestellt. Die Gärröhre 1 ist im Wesentlichen S-förmig aufgebaut und besitzt an ihrem stromabwärts gelegenen U-förmigen Abschnitt (oft auch als Wasserfalle bezeichnet) zwei parallel in etwa gleicher Höhe angeordnete Gärrohrerweiterungen 7. In diesem Abschnitt der Gärröhre 1 befindet sich Flüssigkeit 3, wie z. B. Wasser oder wässrige Lösungen, die zur Kontrolle der Gasbildung nützlich ist. Der aus dem Gärbehälter 8 entweichende Gasstrom 2 gelangt über die Entlüftungsöffnung 9 in die Gärröhre 1. Hierbei umströmt der entweichende Gasstrom 2 die Messeinrichtung 4, bestehend aus Heiz- oder Kühlelement 4b und Temperatursensor. Erfindungsgemäß ist das Heiz- oder Kühlelement 4b zugleich Temperatursensor und übernimmt die Funktion des Messsensors zur Gastemperaturmessung.In 2 is the fermentation tube 1 with the measuring device 4 shown in more detail. The fermentation tube 1 is substantially S-shaped and has at its downstream U-shaped portion (often referred to as water trap) two parallel approximately at the same height arranged Gärrohrerweiterungen 7 , In this section of the fermentation tube 1 there is liquid 3 , such as As water or aqueous solutions, which is useful for controlling the formation of gas. The from the fermentation tank 8th escaping gas flow 2 passes over the vent opening 9 into the fermentation tube 1 , This flows around the escaping gas flow 2 the measuring device 4 , consisting of heating or cooling element 4b and temperature sensor. According to the invention, the heating or cooling element 4b at the same time temperature sensor and assumes the function of the measuring sensor for gas temperature measurement.

Das Heiz- oder Kühlelement 4b ist mittels eines Verbindungszapfens 4a mit der Gärröhre 1 über einen Stutzen 6 verbunden und reicht in das Innere der Gärröhre 1.The heating or cooling element 4b is by means of a connecting pin 4a with the fermentation tube 1 over a neck 6 connected and extends into the interior of the fermentation tube 1 ,

Entweicht Gas aus dem Gärbehälter 8, fängt die Flüssigkeit 3 in dem U-förmigen Abschnitt der Gärröhre 1 an zu blubbern und verdrängt die Flüssigkeit 3 in die stromabwärts angeordnete Gärrohrerweiterung 7.Escapes gas from the fermentation tank 8th , the liquid catches 3 in the U-shaped section of the fermentation tube 1 to bubble and displaces the liquid 3 in the downstream Gärrohrerweiterung 7 ,

Das Heiz- oder Kühlelement 4b ist vorzugsweise unempfindlich für feuchtigkeitsbedingte Kurzschlüsse und Verschmutzungen.The heating or cooling element 4b is preferably insensitive to moisture-related short circuits and soiling.

In der dargestellten Ausführungsform hat das Heiz- oder Kühlelement 4b – wie zuvor erwähnt – auch die Funktion des Temperatursensors. Der Temperatursensor misst die Temperatur des entweichenden Gasstromes 2, während das Heizelement durch Stromfluss über einen Regelkreis auf die Solltemperatur erhitzt wird, bzw. in der Alternativausführung das Kühlelement abgekühlt wird.In the illustrated embodiment, the heating or cooling element has 4b - As mentioned above - also the function of the temperature sensor. The temperature sensor measures the temperature of the escaping gas flow 2 , While the heating element is heated by current flow via a control loop to the target temperature, or in the alternative embodiment, the cooling element is cooled.

Die Solltemperatur des Heizelementes 4b ist höher als die Temperatur des entweichenden Gases. Je nach Strömungsgeschwindigkeit wird das Heizelement 4b unterschiedlich stark abgekühlt. Um die Solltemperatur des Heizelementes 4b aufrecht zu erhalten, wird über einen Heizkreislauf das Heizelement 4b wieder auf die Solltemperatur gebracht.The setpoint temperature of the heating element 4b is higher than the temperature of the escaping gas. Depending on the flow velocity, the heating element 4b cooled to different degrees. To the setpoint temperature of the heating element 4b To maintain, is via a heating circuit, the heating element 4b brought back to the set temperature.

In der Alternativausführung, in der ein Kühlelement zum Einsatz kommt, ist es umgekehrt. Hierbei liegt die Solltemperatur des Kühlelementes unterhalb der Gastemperatur. Durch den Gasstrom erfolgt geschwindigkeitsabhängig eine Erwärmung des Kühlelementes. Durch Stromfluss wird das Kühlelement wieder auf die Solltemperatur abgekühlt.In the alternative version, in which a cooling element is used, it is the other way around. In this case, the setpoint temperature of the cooling element is below the gas temperature. Due to the gas flow, heating of the cooling element takes place as a function of the speed. Current flow cools the cooling element back to the setpoint temperature.

Durch die Temperaturdifferenz lässt sich die Strömungsgeschwindigkeit ermitteln, die einen Aufschluss über Gärparameter, wie Glucosemenge, CO2-Gehalt etc. gibt.Due to the temperature difference, the flow rate can be determined, which provides information about fermentation parameters, such as the amount of glucose, CO 2 content, etc.

Der eingesetzte Energiebedarf (Stromaufnahme) ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit. Die benötigte elektrische Leistung des Heiz- oder Kühlelementes 4b dient als Messwert für die Strömungsgeschwindigkeit des Gases, woraus sich die Gärintensität ermitteln lässt. Der Gärverlauf kann so anhand der Strömungsgeschwindigkeit verfolgt und optimiert werden.The energy requirement (current consumption) is proportional to the flow velocity. The required electrical power of the heating or cooling element 4b serves as a measured value for the flow velocity of the gas, from which the fermentation intensity can be determined. The fermentation process can be tracked and optimized based on the flow velocity.

In 3 erkennt man in Seitenansicht den Gärbehälter 8 mit Entlüftungsöffnung 9 und den darin eingesetzten Gummistopfen 5, durch den die Gärröhre 1 abgedichtet eingesetzt ist. In der Gärröhre 1 befindet sich das Heiz- oder Kühlelement 4b, welches zugleich Temperatursensor ist, das über einen Verbindungszapfen 4a mit der Gärröhre 1 verbunden ist. Zum Einsatz des Verbindungszapfens 4a in die Gärröhre 1 besitzt die Gärröhre 1 einen nach außen offenen seitlich ausgebildeten Stutzen 6. Durch diesen kann der Verbindungszapfen 4a der Messeinrichtung 4 einfach geführt werden. Ferner erkennt man die Gärrohrerweiterung 7.In 3 can be seen in side view of the fermentation tank 8th with vent 9 and the rubber plug inserted in it 5 through which the fermentation tube 1 is inserted sealed. In the fermentation tube 1 is the heating or cooling element 4b , which is at the same time temperature sensor, via a connecting pin 4a with the fermentation tube 1 connected is. To use the connecting pin 4a into the fermentation tube 1 owns the fermentation tube 1 an outwardly open laterally formed neck 6 , Through this, the connecting pin 4a the measuring device 4 easy to be guided. Furthermore, you can see the Gärrohrerweiterung 7 ,

In 4 wird eine Gesamtdarstellung einer Anlage mit drei schematisch dargestellten Sensoreinheiten für drei Gärbehälter 8 gezeigt. Jeder Gärbehälter 8 ist über die zuvor beschriebene Gärröhre 1 und Temperatursensor 4b mit einer Steuerelektronik 10 verbunden. Die Steuerelektronik 10 nimmt die Erfassung und gegebenenfalls Analyse und/oder Verarbeitung der Messwerte vor und steuert gegebenenfalls die Regelelektronik. Vorzugsweise werden die gewonnenen Messwerte und/oder Daten über eine EDV-Anlage ausgewertet und die Anlage entsprechend der Messergebnisse reguliert. Eine Bus-Leitung 11 dient zur Sicherstellung der Kommunikation der einzelnen Systemteile, wobei auch eine drahtlose Kommunikation über Funk möglich ist. In gleicher Weise können auch weitere Messeinrichtungen, Stellglieder, Visualisierungseinrichtungen oder Kommunikationsschnittstellen in das System eingebunden werden.In 4 is an overall view of a plant with three schematically illustrated sensor units for three fermentation tanks 8th shown. Every fermentation tank 8th is over the fermentation tube described above 1 and temperature sensor 4b with a control electronics 10 connected. The control electronics 10 undertakes the recording and, if appropriate, analysis and / or processing of the measured values and, if necessary, controls the control electronics. Preferably, the measured values and / or data obtained are evaluated by means of a computer system and the system is regulated in accordance with the measurement results. A bus line 11 serves to ensure the communication of the individual system parts, whereby wireless communication via radio is also possible. In the same way, other measuring devices, actuators, visualization devices or communication interfaces can be integrated into the system.

Claims (15)

Verfahren zum Überwachen eines Gärvorgangs in einem Gärbehälter durch Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Gärbehälter entweichenden Gases, wobei die Strömungsgeschwindigkeit durch einen Temperatursensor und ein Heiz- oder Kühlelement kalorimetrisch in einer Gärröhre des Gärbehälters bestimmt wird, indem das Heiz- oder Kühlelement auf eine Solltemperatur gebracht wird, die höher oder niedriger ist als die durch den Temperatursensor ermittelte Temperatur des aus dem Gärbehälter entweichenden Gases, wobei der Energiebedarf ermittelt wird, der notwendig ist, um eine durch den entweichenden Gasstrom bewirkte Abkühlung oder Erwärmung des Heiz- oder Kühlelementes zu kompensieren, wobei die so ermittelte Temperaturdifferenz in Relation zu der Strömungsgeschwindigkeit des entweichenden Gases ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Heiz- oder Kühlelement und der Temperatursensor in einem Element in der Gärröhre vereint sind und dass das Heiz- oder Kühlelement zugleich die Funktion des Messsensors zur Gastemperaturmessung übernimmt, wobei ein zur Erhitzung des Heizelementes notwendiger Stromfluss durch das Heizelement kurzfristig unterbrochen und die Temperatur des aus dem Gärbehälter entweichenden Gases gemessen wird, und nach der Bestimmung der Gastemperatur das Heizelement durch Stromaufnahme wieder auf die Solltemperatur gebracht wird.A method for monitoring a fermentation process in a fermentation tank by determining the flow rate of escaping from the fermentation tank gas, wherein the flow rate is determined by a temperature sensor and a heating or cooling element calorimetrisch in a fermentation tube of the fermentation tank by bringing the heating or cooling element to a desired temperature is higher or lower than the determined by the temperature sensor temperature of the gas escaping from the fermentation tank, whereby the energy requirement is determined, which is necessary to compensate for caused by the escaping gas flow cooling or heating of the heating or cooling element, wherein the temperature difference thus determined in relation to the flow velocity of the escaping gas, characterized in that the heating or cooling element and the temperature sensor are combined in one element in the fermentation tube and that the heating or Kühleleme nt at the same time takes over the function of the measuring sensor for gas temperature measurement, a necessary for heating the heating element current flow through the heating element is temporarily interrupted and the temperature of the gas escaping from the fermenter gas is measured, and after determining the gas temperature, the heating element brought by current consumption back to the desired temperature becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung des Gases in der Gärröhre ermittelt wird, um einen Rückstrom von Gas aus der Gärröhre in den Gärbehälter festzustellen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the flow direction of the gas is determined in the fermentation tube to determine a return flow of gas from the fermentation tube in the fermentation tank. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsstand in der Gärröhre ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid level is determined in the fermentation tube. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Alarm ausgelöst wird, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des entweichenden Gases, der Flüssigkeitsstand in der Gärröhre oder die Strömungsrichtung von einem Sollwert abweicht und bei Abweichung von den Sollwerten eine voll- oder halbautomatisierte Regulation des Gärvorganges durch Erwärmung oder Abkühlung des Gärgutes und/oder des Gärbehälters erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an alarm is triggered when the flow velocity of the escaping gas, the liquid level in the fermentation tube or the flow direction deviates from a desired value and in deviation from the desired values, a fully or semi-automated regulation of the fermentation process Heating or cooling of the fermentation and / or the fermentation tank is done. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Messwerte und/oder Daten drahtgebunden und/oder per Funk an eine elektronische Datenverarbeitungsanlage übertragen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determined measured values and / or data are transmitted by wire and / or by radio to an electronic data processing system. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Messwerte und/oder Daten von mehreren Gärbehältern gleichzeitig oder sequentiell abgefragt, verarbeitet oder ausgewertet werden und dass gegebenenfalls eine individuelle Regulation des Gärvorganges für die einzelnen Gärbehälter erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that measured values and / or data from a plurality of fermentation tanks are queried, processed or evaluated simultaneously or sequentially and that optionally an individual regulation of the fermentation process for the individual fermentation tanks takes place. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenkommunikation der einzelnen Gärbehälter über eine Bus-Leitung erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the data communication of the individual fermentation tanks takes place via a bus line. Vorrichtung zum Überwachen eines Gärvorgangs in einem Gärbehälter (8), umfassend: – eine Gärröhre (1), die in eine Entlüftungsöffnung (9) des Gärbehälters (8) einsetzbar ist und durch die der durch den Gärvorgang produzierte und aus dem Gärbehälter (8) durch die Entlüftungsöffnung (9) entweichende Gastrom (2) geleitet wird, – eine kalorimetrische Messeinrichtung (4) zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Gärbehälter (8) entweichenden Gasstromes (2) in der Gärröhre (1), wobei die kalorimetrische Messeinrichtung (4) ein Heiz- oder Kühlelement (4b) und wenigstens einen Temperatursensor umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Heiz- oder Kühlelement (4b) und der Temperatursensor in einem Element in der Gärröhre (1) vereint sind, wobei das Heiz- oder Kühlelement (4b) zugleich der Temperatursensor ist und dessen Funktion zur Gastemperaturmessung übernimmt.Device for monitoring a fermentation process in a fermentation tank ( 8th ), comprising: - a fermentation tube ( 1 ), which are in a vent ( 9 ) of the fermentation tank ( 8th ) can be used and by the produced by the fermentation process and from the fermentation tank ( 8th ) through the vent ( 9 ) escaping gas stream ( 2 ), - a calorimetric measuring device ( 4 ) for determining the flow rate of the from the fermentation tank ( 8th ) escaping gas stream ( 2 ) in the fermentation tube ( 1 ), wherein the calorimetric measuring device ( 4 ) a heating or cooling element ( 4b ) and at least one temperature sensor, characterized in that the heating or cooling element ( 4b ) and the temperature sensor in an element in the fermentation tube ( 1 ), wherein the heating or cooling element ( 4b ) is at the same time the temperature sensor and assumes its function for gas temperature measurement. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Heiz- oder Kühlelement (4b) und der Temperatursensor über einen seitlich an der Gärröhre (1) ausgebildeten Stutzen (6) in der Gärröhre (1) angeordnet ist und von außen von einem Verbindungszapfen (4a) umfasst wird.Apparatus according to claim 8, characterized in that the heating or cooling element ( 4b ) and the temperature sensor via a side of the fermentation tube ( 1 ) formed neck ( 6 ) in the fermentation tube ( 1 ) is arranged and from the outside of a connecting pin ( 4a ) is included. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner einen oder mehrere Strömungssensoren umfasst, mit denen die Strömungsrichtung des Gases in der Gärröhre (1) ermittelt wird, um einen Rückstrom von Gas aus der Gärröhre (1) in den Gärbehälter festzustellen. Device according to one of claims 8 to 9, characterized in that the device further comprises one or more flow sensors, with which the flow direction of the gas in the fermentation tube ( 1 ) to detect a backflow of gas from the fermentation tube ( 1 ) in the fermentation tank. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zur Ermittlung des Flüssigkeitsstandes in der Gärröhre (1) umfasst.Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the device further comprises means for determining the liquid level in the fermentation tube ( 1 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner eine Steuereinheit (10) zur Übermittlung der gewonnenen Messwerte und/oder Daten zu einer Kommunikationsschnittstelle und/oder Regelkreise für die Messeinrichtung (4) umfasst.Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the device further comprises a control unit ( 10 ) for transmitting the measured values and / or data obtained to a communication interface and / or control circuits for the measuring device ( 4 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner eine Alarmierungseinrichtung und/oder Regeleinrichtung für den Gärbehälter (8) umfasst.Device according to one of claims 8 to 12, characterized in that the device further comprises an alarm device and / or regulating device for the fermentation tank ( 8th ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Steuereinheiten (10) Messwerte und/oder Daten zentral einer Datenverarbeitungsanlage übermittelt und entsprechende Regelanweisungen über Regelkreise zur Kontrolle und Regulation des Gärvorgangs in den Gärbehältern (8) übermittelt werden.Device according to one of claims 8 to 13, characterized in that a plurality of control units ( 10 ) Transmits measured values and / or data centrally to a data processing system and sends appropriate control instructions via control circuits for checking and regulating the fermentation process in the fermentation tanks ( 8th ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Bus-Leitung oder Funkeinrichtung zur Datenkommunikation umfasst.Device according to one of claims 8 to 14, characterized in that the device comprises a bus line or radio device for data communication.
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