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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Bei der Herstellung von Bier fällt in verschiedenen Stufen des Brau- bzw. Abfüllprozesses sogenanntes Prozessbier an. Dieses Prozessbier ist ein Anteil des Bieres bzw. der jeweiligen Verarbeitungsstufe davon, der beispielsweise aus produktionstechnischen Gründen zur weiteren Verarbeitung nicht mit verwendet wird und als „Abfallprodukt“ des Brauprozesses betrachtet werden kann. Beispielsweise können bei dem Abfüllen von Bier in Flaschen, Fässer oder Dosen Vor-, Zwischen- oder Nachläufe als Prozessbier gesammelt werden. Der Volumenanteil des Prozessbieres liegt bei 5% bis 15%, stellt also einen nicht unerheblichen Anteil des gesamt hergestellten Biervolumens dar.
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Eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8 sind aus Back, W: Ausgewählte Kapitel aus der Brauereitechnologie, Fachverlag Hans Carl, 2005, S. 281-282 bekannt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Einleitung von Prozessbier in Ausschlagwürze bereitzustellen, mit welchen in effizienter und den biologischen und technologischen Anforderungen gerecht werdender Art und Weise im Brauprozess anfallendes Prozessbier weiter verwertet werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Einleitung von Prozessbier in Ausschlagwürze, umfassend:
- - einen Prozessbierströmungsweg,
- - einen Würzeströmungsweg,
- - einen Zusammenleitungsbereich, in welchem der Prozessbierströmungsweg und der Würzeströmungsweg zur Einleitung von Prozessbier in die Würze zusammengeleitet oder zusammenleitbar sind,
- - stromaufwärts des Zusammenleitungsbereichs eine erste Wärmetauscheranordnung zur Erwärmung des Prozessbiers vor Einleitung desselben in die Würze, wobei der Würzeströmungsweg und der Prozessbierströmungsweg zur Übertragung von Wärme von der Würze auf das Prozessbier durch die erste Wärmetauscheranordnung führen.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist also dafür gesorgt, dass das Prozessbier in den Bierbrauprozess zurückgeleitet wird, und zwar in einer Art und Weise, welche der Qualität sehr zuträglich ist, andererseits jedoch sicher stellt, dass der Eintrag von Keimen und Fremdhefe mit dem Prozessbier ausgeschlossen ist. Hierzu wird die nach dem Würzekochen sehr heiße Würze genutzt. Die darin transportierte Wärme wird in der ersten Wärmetauscheranordnung zum Teil auf das Prozessbier übertragen, so dass dieses auf eine Temperatur erwärmt werden kann, welche das Abtöten von darin gegebenenfalls enthaltenen Keimen sicherstellt. Erst danach wird das Prozessbier der Würze beigemischt und zusammen mit dieser den weiteren Stufen des Brauprozesses zugeführt. Ein weiterer, sehr wesentlicher Vorteil dabei ist, dass bei dem Erwärmen in der ersten Wärmetauscheranordnung der im Prozessbier im Allgemeinen bereits enthaltene Alkohol nicht verloren geht, sondern auch nach der Erwärmung des Prozessbieres zusammen damit in die Würze eingetragen wird. Es liegt also ein geschlossenes System vor.
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Um zum Beimengen des Prozessbieres zur Würze den dazu erforderlichen Prozessbierstrom erzeugen zu können wird vorgeschlagen, dass stromaufwärts der ersten Wärmetauscheranordnung eine vorzugsweise Durchflussmengen geregelte Prozessbierpumpe im Prozessbierströmungsweg vorgesehen ist.
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Zum Sicherstellen, dass im Prozessbier keine Lufteinschlüsse enthalten sind, welche auch bei bzw. nach dem Durchlaufen der Wärmetauscheranordnung gegebenenfalls noch nicht abgetötete Keime enthalten können, wird vorgeschlagen, dass stromaufwärts der ersten Wärmetauscheranordnung eine Entlüftungsanordnung im Prozessbierströmungsweg vorgesehen ist.
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Da der Prozess des Bierbrauens im Allgemeinen nicht kontinuierlich ist, sondern immer dann, wenn das Würzekochen in einer Sudpfanne abgeschlossen ist, die aus der Sudpfanne dann abzuleitende Würze weiter verarbeitet wird, ist es auch erforderlich, die Zufuhr von Prozessbier entsprechend dem diskontinuierlichen Würzestrom zu gestalten. Das heißt, es gibt Phasen, in welchen im Prozessbierströmungsweg kein Prozessbier strömt. Um zu verhindern, dass durch im Prozessbierströmungsweg stehendes Prozessbier Ablagerungen, insbesondere in demjenigen Bereich des Prozessbierströmungswegs, welcher sich in der ersten Wärmetauscheranordnung erstreckt, entstehen, ist es vorteilhaft, in derartigen Zwischenphasen den Prozessbierströmungsweg beispielsweise mit heißem Wasser zu spülen bzw. zu füllen.
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Um zu erkennen, mit welchem Medium der Prozessbierströmungsweg gefüllt ist und somit sicherzustellen, dass kein Reinigungsmedium, also beispielsweise Wasser, der Würze beigemischt wird, wird weiter vorgeschlagen, dass im Prozessbierströmungsweg eine Leitfähigkeitsmessanordnung zur Erfassung einer Leitfähigkeit eines im Prozessbierströmungsweg strömenden Mediums vorgesehen ist.
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Gemäß einem besonders vorteilhaften Aspekt wird vorgeschlagen, dass stromabwärts der ersten Wärmetauscheranordnung und stromaufwärts des Zusammenleitungsbereichs eine Heißhaltestrecke im Prozessbierströmungsweg vorgesehen ist, vorzugsweise mit einer Länge im Bereich von 50 bis 80 m. Durch eine derartige Heißhaltestrecke ist gewährleistet, dass das Prozessbier vor seiner Zusammenleitung mit der Würze und Weiterleitung zur folgenden Bearbeitungsstufe eine ausreichend lange Zeit auf vergleichsweise hoher Temperatur gehalten werden kann, um ein vollständiges Abtöten der darin gegebenenfalls enthaltenen Keime sicherzustellen.
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Zum Sicherstellen der ausreichenden Erwärmung des Prozessbieres in der ersten Wärmetauscheranordnung ohne der Gefahr, dass z.B. durch bei der Erwärmung austretendes CO2 der Entkeimungsprozess beeinträchtigt wird, wird weiter vorgeschlagen, dass stromabwärts der ersten Wärmetauscheranordnung und stromaufwärts des Zusammenleitungsbereichs ein Druckregelventil im Prozessbierströmungsweg vorgesehen ist.
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Zur weiteren Verarbeitung des im Zusammenleitungsbereich erzeugten Gemisches aus Würze und Prozessbier kann vorgesehen sein, dass stromabwärts des Zusammenleitungsbereichs eine zweite Wärmetauscheranordnung vorgesehen ist, wobei ein Würze/Prozessbier-Strömungsweg und ein Wasserströmungsweg durch die zweite Wärmetauscheranordnung führen zur Übertragung von Wärme von dem Würze/Prozessbier-Strom auf einen Wasserstrom. Dies bedeutet, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der erste Wärmetauscheranordnung und der Zusammenleitungsbereich im Wesentlichen zwischen einer Sudpfanne, also dem Prozess des Würzekochens bzw. dem noch nachgeschalteten Ausschlagen, und dem Anstellen, also dem Abkühlen der Würze auf eine vergleichsweise niedrige Temperatur angeordnet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Mischen von Ausschlagwürze und Prozessbier, vorzugsweise vermittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, umfassend die Maßnahmen:
- a) Erzeugen eines Würzestroms,
- b) Erzeugen eines Prozessbierstroms,
- c) Übertragen von Wärme vom Würzestrom auf den Prozessbierstrom,
- d) Zusammenleiten des Würzestroms und des Prozessbierstroms, wobei die Maßnahme d) nach Durchführung der Maßnahme c) durchgeführt wird.
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Eine im Wesentlichen vollständige Abtötung der im Prozessbier gegebenenfalls enthaltenen Keime kann dadurch gewährleistet werden, dass bei Durchführung der Maßnahme c) das Prozessbier auf eine Temperatur im Bereich von 75°C bis 85°C, vorzugsweise etwa 80°C, erwärmt wird.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass bei Durchführung der Maßnahme c) der Würzestrom auf eine Temperatur im Bereich von 80°C bis 90°C, vorzugsweise etwa 85°C, gekühlt wird.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende 1 detailliert erläutert, welche in prinzipartiger Darstellung eine Vorrichtung zeigt, mit der das im Brauprozess anfallende Prozessbier der Ausschlagwürze (im Folgenden Würze genannt) beigemischt wird.
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Die in 1 allgemein mit 10 bezeichnete Vorrichtung, vermittels welcher Prozessbier der im Brauprozess hergestellten Würze beigemischt werden kann, weist als zentrale Bestandteile eine erste Wärmetauscheranordnung 12, sowie einen Zusammenleitungsbereich 14 auf, in welchem der Prozessbierstrom und der Würzestrom zusammengeleitet werden können. Ein Prozessbierströmungsweg 16 und ein Würzeströmungsweg 18 erstrecken sich durch die erste Wärmetauscheranordnung 12 hindurch, so dass in der ersten Wärmtauscheranordnung 12 Wärme, die in der vom Würzekochen bzw. Ausschlagen hergeleiteten und somit mit einer Temperatur im Bereich von etwas 92°C zugeführte Würze auf das Prozessbier übertragen wird, das mit einer Temperatur von 10°C über den Prozessbierströmungsweg 16 zugeleitet wird. Dabei kann die Wärmetauscheranordnung 12 nach dem Gegenstromprinzip arbeiten, um eine effiziente Wärmeübertragung zu gewährleisten.
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Das an verschiedenen Positionen bzw. in verschiedenen Fertigungsstufen anfallende Prozessbier kann über nur beispielhaft angedeutete Sammelleitungen 20 einem Prozessbierbehälter 22 zugeführt werden. In dem vom Prozessbierbehälter 22 ausgehenden Prozessbierströmungsweg 16 ist eine Prozessbierpumpe 24 vorgesehen. Im Strömungsweg vor dem Prozessbierpumpe 24 kann ein Entlüftungsventil 26 vorgesehen sein, um sicherzustellen, dass das von der Prozessbierpumpe weiter in Richtung erster Wärmetauscheranordnung 12 geförderte Prozessbier im Wesentlichen keine Lufteinschlüsse enthält.
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Der Prozessbierpumpe 24 ist ein Durchflussmengenmesser 28 zugeordnet. Dieser erfasst die Durchflussmenge des Prozessbieres in dem auf die Prozessbierpumpe 24 folgenden Bereich des Prozessbierströmungswegs 16 und bildet mit der Prozessbierpumpe 24 eine Regelstrecke. Es kann somit auch in Zuordnung zu der im Würzeströmungsweg 18 strömenden Würzemenge eine gewünschte Durchflussmenge für das Prozessbier vorgegeben werden und durch entsprechende Ansteuerung der Prozessbierpumpe 24 eingestellt werden.
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Im Prozessbierströmungsweg 16 ist beispielsweise stromabwärts der Prozessbierpumpe 24 weiter ein Leitfähigkeitssensor 30 angeordnet. Der Leitfähigkeitssensor 30 erfasst die Leitfähigkeit des im Prozessbierströmungsweg 16 strömenden Mediums und kann somit beispielsweise eine Unterscheidung zwischen Prozessbier einerseits und zum Spülen des Prozessbierströmungswegs 16 eingesetztem heißen Wasser andererseits erreichen.
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In einem zwischen der ersten Wärmetauscheranordnung 12 und dem Zusammenleitungsbereich 14 liegenden Streckenbereich des Prozessbierströmungswegs 16 ist eine Heißhaltestrecke 32 vorgesehen, die eine Länge von etwa 70 m aufweisen kann. Da die den Prozessbierströmungsweg 16 bereitstellenden Leitungen grundsätzlich, also auch im Bereich der Heißhaltestrecke 32 thermisch isoliert sind, wird gewährleistet, dass nach dem Verlassen des ersten Wärmetauscheranordnung 12 das darin auf eine Temperatur im Bereich von etwas 80°C erwärmte Prozessbier noch eine ausreichend lange Zeit auf vergleichsweise hohem Temperatumiveau gehalten wird, um somit eine ausreichend hohe Sicherheit dafür, dass alle im Prozessbier zunächst noch enthaltenen Keime getötet sind, zu erhalten.
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In dem Teil des Prozessbierströmungswegs 16 zwischen der ersten Wärmetauscheranordnung 12 und dem Zusammenleitungsbereich 14 ist ein Temperatursensor 34 zur Erfassung der Temperatur des Prozessbieres im Prozessbierströmungsweg 16 vorgesehen. Ferner sind ein Druckregelventil 36 und diesem zugeordnet ein Drucksensor 38 vorgesehen. Der Drucksensor 38 bildet mit dem Druckregelventil 36 eine Regelstrecke, so dass sichergestellt werden kann, dass in demjenigen Bereich des Prozessbierströmungswegs 16, in welchem das Prozessbier auf vergleichsweise hoher Temperatur ist, ein gewünschter Druck, beispielsweise im Bereich von 8 bar, vorliegt. Es kann somit das Austreten von CO2 aus dem erwärmten Prozessbier verhindert werden. CO2-Blasen im Prozessbier könnten Keime enthalten, die aufgrund der vergleichsweise schlechteren Wärmeleitfähigkeit im Bereich derartiger Gasblasen dann nicht getötet und somit in die Würze eingetragen werden könnten.
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Der Zusammenleitungsbereich 14 umfasst ein beispielsweise als Doppelsitzventil ausgebildetes Schaltventil 40, welches in verschiedene Schaltstellungen gebracht werden kann. In einer Schaltstellung kann das Schaltventil 40 einen Zusammenleitung des Prozessbierströmungswegs 16 und des Würzeströmungswerts 18 und somit eine Vereinigung des Prozessbierstroms und des Würzestroms vorsehen. Dieser Würze/Prozessbier-Strom wird dann in einem Würze/Prozessbier-Strömungsweg 42 zu einer zweiten Wärmetauscheranordnung 44 geleitet.
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In einer weiteren Schaltstellung kann das Schaltventil 40 den Würzeströmungsweg 18 abschließen und den Prozessbierströmungsweg 16 mit einem Ableitströmungsweg 46 verbinden. Über diesen Ableitströmungsweg 46 kann das den Prozessbierströmungsweg 16 verlassende flüssige Medium zu einem Abfluss geleitet werden.
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In einer weiteren Schaltstellung kann das Schaltventil 40 beispielsweise den Würzeströmungsweg 18 mit dem Ableitströmungsweg 46 verbinden. Auch ein vollständiges Abschließen des Würzeströmungswegs 18 und des Prozessbierströmungswegs 16 kann durch entsprechende Ansteuerung des Schaltventils 40 erreicht werden.
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Der Würze/Prozessbier-Strömungsweg 42 führt durch die zweite Wärmetauscheranordnung 44 hindurch. Auch ein Wasserströmungsweg 48 führt durch die zweite Wärmetauscheranordnung 44 hindurch. Über diesen Wasserströmungsweg 48 wird vergleichsweise kaltes Wasser, welches nachfolgend dann als Heißwasser (Brau- oder Brauchwasser) genutzt werden kann, zugeführt und beispielsweise im Gegenstromverfahren durch den Würze/Prozessbier-Strom erwärmt, welcher bei diesem Vorgang abgekühlt bzw. angestellt wird. Der Würze/Prozessbier-Strom kann dann nach dem Durchströmen der zweiten Wärmetauscheranordnung 44 dem weiteren Brauprozess, beispielsweise der Hefezugabe und dem Gärprozess, zugeführt werden.
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Soll mit der Vorrichtung 10 Prozessbier einem Würzestrom beigemischt werden, so wird dann, wenn in einer Sudpfanne das Würzekochen abgeschlossen ist und nachfolgend in einem Ausschlagprozess der die Sudpfanne bzw. einen Whirlpool verlassenden Würze darin noch enthaltene nicht gelöste Hopfenbestandteile, ausgefallenes Eiweiß und dergleichen entzogen worden sind, diese Würze bzw. Ausschlagwürze mit einer vergleichsweise hohen Temperatur von 92°C über den Würzeströmungsweg 18 zugeführt. Durch Betreiben der Prozessbierpumpe 24 wird in Zuordnung zu dem Würzestrom 18 ein Prozessbierstrom durch den Prozessbierströmungsweg 16 und somit die erste Wärmetauscheranordnung 12 geleitet. Dabei wird vermittels des Druckregelventils 36 dafür gesorgt, dass in dem im Bereich der ersten Wärmetauscheranordnung 12 und der Heißhaltestrecke 32 sich erstreckenden Abschnitt des Prozessbierströmungsweg 16 ein gewünschter Druck von beispielsweise 8 bar beibehalten bleibt.
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Beim Durchströmen der ersten Wärmetauscheranordnung 12 wird das Prozessbier auf eine Temperatur von 80°C erwärmt, während die Würze im Würzeströmungsweg 18 auf etwa 85°C gekühlt wird. Die Temperatur des erwärmten Prozessbiers wird durch den Temperatursensor 34 überwacht. Solange eine bestimmte untere Grenztemperatur des Prozessbiers beispielsweise am Anfang des Zusammenleitungsprozesses nicht erreicht ist, also beispielsweise eine Temperatur von 75°C, wird das Schaltventil 40 derart angesteuert, dass es den Prozessbierströmungsweg 16 mit dem Ableitströmungsweg 46 verbindet und das Prozessbier nicht der Würze beigemischt wird. Der Würzeströmungsweg 18 ist in diesem Zustand mit dem Würze/Prozessbier-Strömungsweg 42 verbunden, so dass die kein beigemischtes Prozessbier enthaltene Würze der zweiten Wärmetauscheranordnung 44 zugeführt und dort durch das im Wasserströmungsweg 48 strömende Wasser gekühlt wird.
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Hat das Prozessbier nach dem Durchströmen der ersten Wärmetaucheranordnung 12 eine ausreichend hohe Temperatur, so wird das Schaltventil 40 derart geschaltet, dass es den Prozessbierströmungsweg 16 mit dem Würzeströmungsweg 18 verbindet und somit der Prozessbierstrom dem Würzestrom beigemengt wird. Der so entstehende Würze/Prozessbier-Strom wird dann über den Würze/Prozessbier-Strömungsweg 42 der weiteren Verarbeitung zugeführt.
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Ist die gesamte aus einer Sudpfanne bzw. einem Whirlpool abgezogene Würzemenge verarbeitet, so wird über den Würzeströmungsweg 18 keine weitere Würze zugeführt. Dies bedeutet, dass dann auch der Prozessbierstrom unterbrochen werden muss. Da in diesem Zustand sich im Prozessbierströmungsweg 16, insbesondere auch im Bereich der ersten Wärmetauscheranordnung 12, noch Prozessbier befindet und vermieden werden soll, dass Ablagerung entstehen, wird durch Ansteuerung eines weiteren Schaltventils 50 der Prozessbierbehälter 22 vom Prozessbierströmungsweg 16 abgekoppelt und ein Heißwasserreservoir bzw. Heißwasserströmungsweg 52 mit dem Prozessbierströmungsweg 16 verbunden. Die Prozessbierpumpe 24 wird weiterhin betrieben und der Prozessbierströmungsweg 16 wird mit heißem Wasser gespült. In diesem Zustand wird das Schaltventil 40 derart geschaltet, dass es die Verbindung des Prozessbierströmungswegs 16 sowohl mit dem Würzeströmungsweg 18 als auch dem Würze/ProzessbierStrömungsweg 42 unterbricht, jedoch dass Ableiten des heißen Wassers über den Ableitungsströmungsweg 46 ermöglicht. Dieser Spülprozess kann über eine vorbestimmte Zeitdauer anhalten. Solange keine weitere Würze über den Würzeströmungsweg 18 zugeführt wird, bleibt der Prozessbierströmungsweg 16 mit heißem Wasser gefüllt. Da, wie bereits ausgeführt, die Leitungen des Prozessbierströmungswegs 16 thermisch isoliert sind, ist sichergestellt, dass das Wasser auf einem vergleichsweise hohen Temperatumiveau bleibt.
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Soll nachfolgend wieder eine Beimengung von Prozessbier zu einem wieder aufzunehmenden Würzestrom erfolgen, wird das Schaltventil 50 so gestellt, dass es den Prozessbierbehälter 22 und den Prozessbierströmungsweg 16 verbindet und den Heißwasserströmungsweg 52 abschließt. Es wird dann zunächst der Prozessbierströmungsweg 16 mit Prozessbier gespült, bis sicher gestellt ist, dass dieser kein Wasser mehr enthält. Zu diesem Zwecke könnte auch vorgesehen sein, dass der Leitfähigkeitssensor 30 unmittelbar vor dem Schaltventil 40 oder auch im Ableitströmungsweg 46 nach dem Schaltventil 40 angeordnet ist oder dort ein zusätzlicher Leitfähigkeitssensor vorgesehen ist. Wird festgestellt, dass in dem Prozessbierströmungsweg 16 kein Wasser mehr enthalten ist, dieser also vollständig mit Prozessbier gefüllt ist, und wird weiterhin festgestellt, dass das die erste Wärmetauscheranordnung 12 verlassende Prozessbier eine ausreichende Temperatur aufweist, wird das Schaltventil 40 wieder derart gestellt, dass es den Prozessbierströmungsweg 16 mit dem Würzeströmungsweg 18 verbindet und durch die Prozessbierpumpe 24 gefördertes Prozessbier dem Würzestrom beigemischt wird.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Vorgehensweise wird es möglich, unter Ausnutzung der in der ohnehin zu kühlenden Würze transportierten Wärme sehr energieeffizient das Prozessbier vor dessen Beimengung in die Würze zu erwärmen und dabei darin gegebenenfalls enthaltene Keime abzutöten. Da die Beimengung des Prozessbieres im Brauprozess zwischen dem Würzekochen bzw. Ausschlagen einerseits und dem Anstellen, also dem Abkühlen der Würze andererseits erfolgt, wird gleichzeitig sichergestellt, dass der im Prozessbier bereits enthaltene Alkohol nicht entweichen kann. Es kann zwar sein, dass in dem die erste Wärmetauscheranordnung 12 durchsetzenden Bereich des Prozessbierströmungswegs 16 aufgrund der Erwärmung der im Prozessbier enthaltene Alkohol verdampft, was an sich durch Einstellen der Druckverhältnisse vermieden werden kann. Er kann jedoch aufgrund des vollständig geschlossenen Leitungssystems nicht entweichen und wird zusammen mit dem Prozessbierstrom dem Würzestrom beigemischt. Spätestens bei der dann folgenden Abkühlung in der zweiten Wärmetauscheranordnung 44 kondensiert der ausgedampfte Alkohol wieder. Dies ist der Qualität des so herzustellenden Bieres zuträglich.
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Es ist selbstverständlich, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Abhängigkeit der herzustellenden Biersorte das Mischungsverhältnis von Würze und Prozessbier geeignet eingestellt werden kann. Hierzu kann beispielsweise in Zuordnung zu einem jeweiligen Würzestrom eine geeignete Durchflussmenge für das Prozessbier vorgegeben werden und die Prozessbierpumpe 24 unter Berücksichtigung der mit dem Durchflussmengensensor 28 bereitgestellten Regelstrecke dann entsprechend angesteuert werden.
