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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Reinigungsnotwendigkeit in einer beheizten Einrichtung zum Herstellen von flüssigen Lebensmitteln, insbesondere von Bier, z. B. einer Maischeinrichtung, einem Läuterbottich, einem Läuterwürzeerhitzer, einer Würzkocheinrichtung/Würzeheißhalteeinrichtung, einer Kurzzeiterhitzungsanlage oder einem anderem/weiteren Wärmetauscher.
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Würzekocheinrichtungen/Würzeheißhalteeinrichtungen bzw. Maischeinrichtungen müssen regelmäßig gereinigt werden, da sich Ablagerungen, insbesondere Fouling (Anbrennen von organischen Substanzen wie zum Beispiel Zucker oder Eiweiß), auf den Heizflächen ausbildet. Bislang werden die Behälter bzw. Leitungen der entsprechenden Vorrichtungen nach einer festgelegten Zeit und mit einem festgelegten Reinigungsschema gereinigt, um einen dauerhaften und effizienten Reinigungserfolg sicherstellen zu können. Das heißt, dass entweder immer nach einem Prozessschritt (zum Beispiel die Würzepfanne nach jedem gekochten Sud) gereinigt wird oder nach einer festgelegten Anzahl an Suden, egal, ob die Reinigung notwendig ist oder nicht. Dabei wird eine Reinigungs- bzw. Spülzeit gewählt, die als Maximalzeit anzusehen ist, um auch hartnäckige Verschmutzungen, die aufgrund von unterschiedlichen Produktionsverfahren (zum Beispiel Infusions- oder Dekoktionsmaischverfahren und/oder unterschiedliche Würzekochzeiten und/oder Gesamtverdampfungen) oder unterschiedlichen Rohstoffen (zum Beispiel die auschliessliche Verwendung von hellem Malz oder ein Zusatz von Röstmalz oder Zucker) vorkommen können, vollständig zu lösen. Dieses Vorgehen ist vor allem bei Anlageteilen zu finden, die schwer kontrollierbar sind. Dadurch wird viel Produktionszeit zu Lasten von Reinigungszeit vergeudet und Energie, Wasser sowie Reinigungsmittel verschwendet.
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Zudem kommt, dass gerade bei hoher Anlagenauslastung, das Bedienpersonal verleitet ist, Reinigungen hinaus zu zögern. Beläge bauen sich auf, bis die Heizleistung bei Weitem nicht mehr erreicht werden kann. Erst dann wird seitens des Bedienpersonals reagiert und die Heizfläche zum Beispiel visuell überprüft. Wird dann endlich gereinigt, reicht die Reinigungszeit nicht aus, um die Heizfläche vollständig zu reinigen. Meist muss dann eine aufwändige manuelle Reinigung, teilweise mit Spezialfirmen, durchgeführt werden, was zu einem erheblichen Produktionsausfall führt.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Reinigungsnotwendigkeit bereitzustellen, die ermöglichen, dass eine Reinigung dann durchgeführt werden kann, wenn sie tatsächlich notwendig ist, unabhängig davon, ob ein schnell oder langsam belagbildendes Produkt aufgeheizt wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nun also möglich, eine Reinigung dann einzuleiten, wenn diese tatsächlich notwendig ist. Somit kann genau festgelegt werden, wann zum Beispiel eine Zwischenreinigung erforderlich ist. Ebenso ist zum Beispiel eine visuelle Überprüfung der Heizflächen nicht mehr notwendig. Dadurch, dass Zwischenreinigungen rechtzeitig eingeleitet werden, kommt es nicht zu dem Problem, dass sich hartnäckige Beläge so stark aufbauen können, dass die normale Reinigunszeit/Reinigungsverfahren nicht mehr ausreichen oder dass aufwändige manuelle Reinigungen oder Reinigungen mit Spezialfirmen durchgeführt werden müssen. Somit kommt es nur zu geringen Produktionsausfällen in Folge von CIP-Reinigungen (cleaning in place). Eine Vorhersage, wann eine Reinigung fällig ist, kann unabhängig von schnell oder langsam belagbildenden Biersorten (d. h. unabhängig von den eingesetzten Rohstoffen sowie des angewendeten Produktionsverfahren) zuverlässig vorhergesagt werden. Dabei wird der erfasste Parameter, der sich in Abhängigkeit der Art und/oder Schichtdicke der Ablagerung ändert mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen. Übersteigt oder unterschreitet der Messwert diesen Grenzwert kann bestimmt werden, dass eine Reinigung notwendig ist. Es kann auch ein Bereich ausgewählt werden, in dem die Reinigung vorgenommen werden muss.
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Es ist beispielsweise möglich, als Parameter einen Parameter zu messen, der sich in Abhängigkeit der Änderung des k-Werts der Heizeinrichtung ändert. Der k-Wert beschreibt den Wärmeübergang zwischen Heizmedium und Produkt. Dieser wird grundsätzlich beeinflusst durch das eingesetzte Material der Heizeinrichtung sowie die Materialstärke. Durch Ablagerungen bzw. Fouling (Anbrennen) verschlechtert sich der k-Wert. Die indirekte k-Wert-Messung ermöglicht also dann zu bestimmen, dass eine Reinigung notwendig ist, wenn der Wärmeübergang zwischen Heizmedium und Produkt nicht mehr in einem vorbestimmten Bereich liegt. Die Änderung des k-Werts hängt also ab von der Art und der Dicke der Ablagerung.
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Um bei einem verschlechterten Wärmeübergang dennoch eine ausreichende Aufheizrate des Produkts von beispielsweise 0,8 K/min zu erreichen, kann dann beispielsweise die Enthalpie des Heizmittels, die der Heizeinrichtung über das Heizmedium zugeführt wird, erhöht werden. Die Enthalpie kann je nach Art der Regelung oder Steuerung z. B. durch Ändern von mindestens einem Parameter aus folgender Gruppe geändert werden: Temperatur des Heizmittels und/oder Dampfdruck des Heizmittels. Somit kann zur indirekten k-Wert-Bestimmung die Änderung der Enthalpie erfasst werden, z. B. die Dampfdruckänderung des Heizdampfs pro Zeit. Wird also der Wärmeübergang schlechter, muss Dampf mit einem höherem Druck zugeführt werden oder aber die Heizmediumtemperatur muss im Falle von Hochdruckheißwasserverwendung erhöht werden. Damit kann auch bei Fouling eine konstante Energiemenge für den Heizvorgang sichergestellt werden.
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In diesem Zusammenhang kann als Parameter die Stellung des Regelventils für das Heizmedium bestimmt werden, die der entsprechenden Enthalpie des Heizmediums entspricht. Durch Erfassung der Stellung des Regelventils kann auf einfache Art und Weise, ohne dass zusätzliche Einrichtungen notwendig wären, bestimmt werden, wann eine Reinigung eingeleitet werden muss. Ein entsprechendes Verfahren ist sehr einfach und kann auch in bestehende Systeme ohne großen Aufwand integriert werden.
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Es ist jedoch auch möglich, als Parameter den Druck in der Leitung für das Heizmedium nach (in Strömungsrichtung des Heizmediums betrachtet) dem Regelventil zu bestimmen. Der Druck entspricht dabei bei sonst konstanten bzw. vergleichbaren Voraussetzungen dem geänderten k-Wert und ist auch abhängig von der Heizmediumtemperatur. Auch die Temperatur des Heizmediums kann bestimmt werden, um die Enthalpieänderung zu erfassen.
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Als Parameter kann auch ein Signal erfasst werden, dass sich in Abhängigkeit der Änderung der Dicke der Ablagerung auf der Heizfläche ändert, d. h. durch direkte Schichtdickenmessung oder indirekte Schichtdickenmessung an einer Referenz- oder Messoberfläche, die dem erwärmten Produkt ausgesetzt ist, z. B. im Behälter oder einer angrenzenden Zirkulationsleitung.
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Ganz besonders vorteilhaft ist es hier, ein Signal eines im Produkt (Maische, Würze, Bier, Milch) angeordneten Refraktometers zu erfassen. Es hat sich herausgestellt, dass sich in der Vorrichtung bei der Erwärmung des Produkts auch auf der Messoberfläche des Refraktometers, entsprechend den Ablagerungen an den Heizflächen, simultan Ablagerungen bilden. Das heißt, dass sich das Ausgangssignal des Refraktometers in Abhängigkeit der Ablagerungen auf der Messoberfläche und somit in Abhängigkeit der Ablagerungen auf der Heizfläche ändert. Somit kann eine Reinigungsnotwendigkeit sicher und einfach bestimmt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Dicke der Ablagerung auf der Heizfläche oder einer anderen im Produkt angeordneten Fläche mittels Ultraschallmessung zu bestimmen.
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Die Dicke der Ablagerung kann auch über ein Durchlichtverfahren bzw. Absorptionsverfahren bestimmt werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn ein Regelventil für das Heizmedium derart angesteuert wird, dass das Produkt mit einer bestimmten Heizrate aufgeheizt wird, oder dass die Temperatur des Heizmediums derart geregelt wird, dass das Produkt mit einer bestimmten Heizrate aufgeheizt wird. Mit einer entsprechenden Regelung kann, wie zuvor beschrieben, auf einfache Art und Weise die Änderung der Enthalpie des Heizmediums, das der Heizeinrichtung zugeführt wird, über beispielsweise die Stellung des Regelventils, oder der Temperatur oder des Drucks in der Heizmediumleitung, etc. bestimmt werden und somit eine Heizrate, die größer als ein unterer Grenzwert ist, aufrechterhalten werden.
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Die einzelnen Verfahren können miteinander kombiniert werden. Es ist vorteilhaft wenn bei dem Verfahren sowohl eine Parametermessung zur indirekten k-Wert Bestimmung, z. B. über die Enthalpieänderung des Heizmediums (über Messen der Regelventilstellung, Druckmessung des Heizmediums in der Leitung vor der Heizeinrichtung, Temperaturmessung in der Leitung vor der Heizeinrichtung oder Bestimmen Heizmediummenge pro Zeit) als auch eine Parametermessung zur direkten oder indirekten Schichtdickenmessung (Refraktometer, Ultraschallmessung etc.) kombiniert werden. Es wird dann festgestellt, dass eine Reinigung notwendig ist und eine Reinigung durchgeführt werden muß, wenn beide Parameter einen jeweiligen vorbestimmten Grenzwert erreichen oder in dem jeweiligen vorbestimmten Bereich liegen. Die Genauigkeit lässt sich dadurch noch weiter verbessern.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Heizeinrichtung zum Erwärmen eines Produkts, eine Messeinrichtung zum Messen eines Parameters, der Rückschlüsse auf Ablagerungen im Bereich der Heizfläche der Heizeinrichtung erlaubt, sowie eine Auswerteeinrichtung, die bestimmt, dass eine Reinigung notwendig ist, wenn der Parameter einem vorbestimmten Wert entspricht oder in einem bestimmten Wertebereich liegt.
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Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung dann eine Anzeige auf, die optisch oder akustisch anzeigt, dass eine Reinigung notwendig ist. Es ist jedoch auch möglich, dass über eine Steuereinrichtung automatisch eine Reinigung eingeleitet wird, wenn bestimmt wird, dass eine Reinigung notwendig ist.
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Die Messeinrichtung kann derart ausgebildet sein, dass sie einen Parameter misst oder erfasst, der sich in Abhängigkeit der Änderung des k-Werts der Heizeinrichtung ändert. Insbesondere kann die Messeinrichtung eine Einheit umfassen, die die Stellung eines Regelventils für das Heizmedium bestimmt. In diesem Zusammenhang wird der Ausdruck „Messen” im Sinne von „Erfassen” verwendet, da die Stellung des Regelventils auch über ein Ansteuersignal für das Regelventil erfasst werden kann.
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Es kann auch in der Leitung für das Heizmedium, und zwar in Strömungsrichtung, nach oder vor dem Regelventil eine Einrichtung zum Bestimmen der Menge an Heizmedium pro Zeit, insbesondere ein Durchflussmesser oder ein Drucksensor bzw. Temperatursensor nach dem Regelventil vorgesehen sein.
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Die Messeinrichtung kann, wie zuvor beschrieben, auch eine Einrichtung zum direkten oder indirekten Messen der Schichtdicke sein. Dazu kann ein Refraktometer so angeordnet sein, dass es zumindest mit seiner Messoberfläche im Produkt angeordnet ist. Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Refraktometer in einer Zirkulationsleitung, die Produkt aus einem Behälter der Vorrichtung ableitet und erneut der Heizeinrichtung im Kreislauf zuführt, angeordnet ist. Es hat sich herausgestellt, dass auch in dieser Zirkulationsleitung auf der Messoberfläche Ablagerungen entstehen, die in Abhängigkeit der Ablagerungen auf den Heizflächen entstehen. In einer entsprechenden Zirkulationsleitung kann ein Refraktometer einfach eingebaut oder nachgerüstet werden. Es ist auch möglich, eine Ultraschallmesseinrichtung zur Messung der Schichtdicke vorzusehen oder eine Messeinrichtung für ein Durchlichtverfahren. Ein Refraktometer ist vorteilhaft, weil es gleichzeitig zur Analyse anderer Parameter verwendet werden kann.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung umfasst, die die Enthalpieänderung des Heizmediums über ein Regelventil oder aber die Heizmediumtemperatur (bei einem flüssigen Heizmedium kann dies über eine entsprechende Einrichtung, z. B. über eine Rücklaufbeimischung erfolgen) in Abhängigkeit einer vorbestimmten Heizrate regelt.
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Wenn bestimmt wurde, dass ein Reinigungsvorgang notwendig ist, wird ein Reinigungsvorgang, beispielsweise eine CIP-Reinigung, durchgeführt, wobei nun das Reinigungsende durch Messen des Parameters bestimmt werden kann. Das heißt, dass dann, wenn der Parameter in einem bestimmten zweiten Wertebereich liegt oder einem bestimmten zweiten Wert entspricht, festgestellt werden kann, dass eine ausreichende Reinigung stattgefunden hat. Somit kann die Reinigungsdauer auf ein Minimum beschränkt werden, was wiederum Reinigungskosten, Energie, Wasser und Reinigungsmittel spart. Es ist auch möglich, dass nach der Reinigung der Parameter gemessen wird und bestimmt wird, dass die Reinigung erfolgreich war, wenn der Parameter einem bestimmten zweiten Wert entspricht oder in einem zweiten Wertebereich liegt, der 0% Ablagerung entspricht.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme folgender Figuren näher erläutert.
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1 zeigt grob schematisch eine erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 ist ein Diagramm, das die Dampfmenge sowie die Stellung des Dampfregelventils in Abhängigkeit der Sudzahl darstellt.
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3 zeigt grob schematisch eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Messeinrichtung zum Messen der Enthalpieänderung.
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4 zeigt grob schematisch eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Einrichtung zum Bestimmen der Dampfmenge.
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5 zeigt die Aufheizzeit in Abhängigkeit der Sudzahl sowie den k-Wert in Abhängigkeit der Sudzahl.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Refraktometer als Messeinrichtung.
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7 zeigt grob schematisch den möglichen Aufbau eines Durchlichtrefraktometers.
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8 zeigt ein Diagramm, das die Refraktometeramplitude sowie die Dicke des Fouling in Abhängigkeit der Sudzahl zeigt.
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9 zeigt grob schematisch den möglichen Aufbau einer Einrichtung zur Durchlichtmessung zur indirekten Messung der Schichtdicke.
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Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele werden im Zusammenhang mit einer Würzekocheinrichtung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch geeignet für alle beheizten Vorrichtungen zum Herstellen von flüssigen Lebensmitteln, insbesondere von Bier, insbesondere auch von Maischvorrichtungen.
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1 zeigt grob schematisch eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mit 1 ist hier eine Würzekocheinrichtung bezeichnet, die, wie allgemein bekannt, einen Behälter 17 aufweist, sowie nicht dargestellte Zu- und Abläufe für das Produkt, hier Würze und Anschlüsse zur CIP-Reinigung. Die Würzekocheinrichtung 1 weist eine Heizeinrichtung, hier in Form eines Innenkochers 2 auf. Wenn auch nicht dargestellt, so funktioniert die vorliegende Erfindung jedoch in gleicher Weise mit einem über eine Zirkulationsleitung mit dem Behälter 17 verbundenen Außenkocher. Als Heizeinrichtung dient ganz allgemein eine nach dem Wärmetauscherprinzip arbeitende Heizeinrichtung, die mit einem Heizmedium beheizt wird. Der Innenkocher kann beispielsweise als stehender Rohrbündelwärmetauscher ausgebildet sein. Als Heizmedium dient beispielsweise Heizdampf, Wasser oder Thermoöl. Das Heizmedium wird der Heizeinrichtung über die Zuleitung 5 zugeführt und über die Ableitung 6 abgeführt. In diesem konkreten Ausführungsbeispiel, bei dem Dampf als Heizmedium dient, wird Dampf über die Leitung 5 zugeführt und Kondensat über die Leitung 6 abgeführt. Das in der Heizeinrichtung 2 erhitzte Produkt 4, hier Würze 4 steigt über eine Steigleitung nach oben und wird über einen im oberen Bereich angeordneten Würzeleitschirm in der Würzekocheinrichtung 1 verteilt. Über die Zirkulationsleitung 7 wird die Würze an mehreren Stellen aus dem Behälter 17 abgezogen und durch die Zirkulationspumpe 3 erneut der Heizeinrichtung 2 zugeführt.
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Beim Erhitzen der Würze 4 in der Heizeinrichtung 2 bilden sich auf der Heizfläche 2a mit der Zeit Ablagerungen und insbesondere ein Fouling (Anbrennen von organischen Substanzen), was den Wärmeübergang zwischen Heizmedium und Produkt verschlechtert, so dass die Heizflächen der Heizeinrichtung 2 gereinigt werden müssen.
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In der Zuleitung 5 für das Heizmedium befindet sich ein Dampfregelventil 12, dessen Stellung über eine Steuer- und Regeleinrichtung 16 in Abhängigkeit der Heizleistung eingestellt werden kann.
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Durch die Ablagerungen im Bereich der Heizfläche verschlechtert sich der k-Wert, d. h. der Wärmedurchgangskoeffizient.
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Der k-Wert beschreibt den Wärmeübergang zwischen Heizmedium und Produkt. Dieser wird grundsätzlich beeinflusst durch das eingesetzte Material und die Materialstärke der Heizeinrichtungswand. Durch das Fouling und sonstige Ablagerungen wie zum Beispiel mineralische/anorganische Ablagerungen verschlechtert sich der k-Wert. Die Formel 1 gibt die k-Wert-Formel für den Wärmedurchgang durch eine mehrschichtige Wand an. Formel 1
wobei α
Heizmedium der Wärmeübergangskoeffizient an der Grenzfläche zwischen Heizmedium und Heizeinrichtung ist und α
Produkt der Wärmeübergangskoeffizient an der Grenzfläche zu dem Produkt. In der Formel wird die Ablagerung bzw. das Fouling berücksichtigt, wobei l1 die Wandstärke der Heizeinrichtung ist und l2 die Stärke der Ablagerung, λ1 die Wärmeleitfähigkeit der Heizeinrichtung und λ2 die Wärmeleitfähigkeit der Ablagerung.
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Mit zunehmender Sudzahl, d. h. Betriebsdauer (Anzahl der produzierten Chargen) der Würzepfanne steigen die Ablagerungen auf der Heizfläche 2a, so dass sich der k-Wert verschlechtert.
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Dieses Ausführungsbeispiel sowie auch die nachfolgenden Ausführungsbeispiele haben deshalb die Steuer- und Regeleinrichtung 16, die beispielsweise das Regelventil 12 für das Heizmedium derart ansteuert, dass das Produkt trotz der Verschlechterung des k-Werts aufgrund der Ablagerungen mit einer bestimmten Heizrate bzw. einem bestimmten Heizratenbereich aufgeheizt werden kann. Zum Erfassen der Heizrate (Regelgröße) ist mindestens ein Temperatursensor 15 vorgesehen. Die Steuer- und Regeleinrichtung 16 steuert dann ein Stellglied an, hier das Dampfregelventil 12, und lässt entsprechend Dampf mit höherem Druck und Temperatur über die Leitung 5 in die Heizeinrichtung 2 eintreten. Somit wird Heizmedium mit einer größeren Enthalpie zugeführt. Als Regelgröße kann auch entsprechend der Heizrate die Dampfmenge herangezogen werden, die durch Ändern der Stellung des Regelventils 12 auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden kann, z. B. auf 500 kg/h. Um bei fortschreitendem Fouling dieselbe Menge an Dampf pro Zeit in die Heizeinrichtung einzubringen, muss das Regelventil 12 weiter geöffnet werden.
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Das heißt, dass je nach Verschmutzungsgrad der Heizfläche das Regelventil den Dampfdruck erhöht, um eine vorgegebene Leistung in das System eintragen zu können. Je stärker das Fouling bzw. die sonstigen Ablagerungen zunehmen, desto weiter wird das Regelventil von Sud- zu Sud öffnen. Damit ist die Stellung des Regelventils direkt abhängig vom Wärmedurchgangskoeffizienten k und somit vom Fouling an der Heizfläche. Die Vorrichtung umfasst daher eine Einrichtung zum Messen bzw. Erfassen der Stellung des Regelventils. Die Stellung des Regelventils kann über eine elektronische Schaltung durch Erfassen eines Steuersignals des Regelventils erfasst werden das proportional zur Stellung ist. Eine Auswerteeinheit 20, die Teil der Steuer- und Regeleinrichtung 16 sein kann, umfasst eine Vergleichereinheit den gemessenen Parameter, hier: die Stellung des Regelventils, mit einem vorab bestimmten Grenzwert oder Grenzwertbereich vergleicht. Entspricht der Messwert dem vorbestimmten Wert oder dem Bereich wird optisch oder akustisch angezeigt, dass gereinigt werden muss.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Zusammenhang mit der 2 näher erläutert. 2 zeigt die Dampfmenge und das Fouling in Prozent in Abhängigkeit der Sudzahl. 100% Fouling entspricht hier einem Dampfdruck bei maximal geöffnetem Dampfregelventil. 0% Fouling entspricht hier einer Stellung des Regelventils in einem frisch gereinigten Zustand ohne Ablagerungen für eine vorbestimmte Heizleistung und einem entsprechenden Dampfdruck. Die vorbestimmte Dampfmenge ist hier z. B. konstant.
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Wie aus der 2 hervorgeht, nimmt das Fouling, d. h. die Ablagerungen auf der Heizfläche 2a mit zunehmender Sudzahl zu. Wie zuvor erläutert, verschlechtert sich dadurch auch der k-Wert und somit wird über die Steuer- und Regeleinrichtung 16 das Regelventil 12 so angesteuert, dass mit zunehmender Öffnung der Dampfdruck in der Leitung nach dem Regelventil ebenfalls in Abhängigkeit der Änderung des k-Werts ansteigt.
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Um nun den Reinigungszeitpunkt festzustellen, wird vorab z. B. experimentell festgelegt, bei welcher k-Wert Verschlechterung d. h. bei welcher Ventilstellung, eine Reinigung eingeleitet werden soll. Der Grenzwert bzw. Wertebereich kann auch so festgelegt werden, dass er in einem Bereich liegt, bei dem z. B. das Dampfregelventil noch nicht ganz geöffnet ist, so dass ein max. zulässiger Dampfdruck festgelegt wird.
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Wie aus 2 hervorgeht, kann z. B. festgelegt werden, dass bei einer Stellung des Dampfventils von 90% eine Reinigung eingeleitet werden muss, da wenige Sude später die notwendige Enthalpie durch Anpassung (Öffnung) des Dampfventils nicht mehr zur Verfügung gestellt werden kann. Hier entspricht dies z. B. einem Zeitfenster zwischen dem 32. und 34. Sud.
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Während des Verfahrens wird nun kontinuierlich oder in Abständen die Stellung des Regelventils erfasst, die einer bestimmten Enthalpie entspricht. Der gemessene Parameter wird mit dem vorbestimmten Wert bzw. Wertebereich in der Auswerteeinheit verglichen. Erreicht der gemessene Parameter den Grenzwert, so wird angezeigt, dass eine Reinigung notwendig ist.
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Der Bediener kann dann eine CIP-Reinigung einleiten. Es ist auch möglich, dass über die Steuer- und Regeleinrichtung 16 automatisch eine CIP-Reinigung eingeleitet wird.
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Somit kann durch Bestimmung des Dampfdrucks bei sonst unveränderten Bedingungen der k-Wert indirekt gemessen werden.
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Es wäre auch möglich, alternativ oder zusätzlich die Temperatur des Heizmediums heraufzusetzen. Dann wäre die Temperatur der zu erfassende Parameter.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur indirekten k-Wert Messung, das dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht, mit der Ausnahme, dass die Änderung der Enthalpie, d. h. der Energiedichte, nicht über die Stellung des Dampfregelventils 12 ermittelt wird, sondern über eine Einrichtung 10 zum Messen bzw. Erfassen der Enthalpieänderung, d. h. der Energiedichte des Heizmediums, die eine Auswerteeinrichtung 11 umfassen kann, die Teil der Regel- und Steuereinrichtung 16 sein kann. Geeignet sind für Dampf als Heizmedium z. B. Messeinrichtungen, die den Druck und/oder die Temperatur des Heizmediums erfassen können. Als Parameter zur Bestimmung der Reinigungsnotwendigkeit wird dann beispielsweise der gemessene Dampfdruck nach dem Regelventil 12 herangezogen. Der Vergleichswert oder Wertebereich zur Bestimmung der Reinigungsnotwendigkeit wird z. B. durch Vergleichsversuche festgelegt und kann auch eine Funktion von anderen gemessenen Werten sein.
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Wie auch zuvor beschrieben nimmt mit zunehmender Sudzahl der k-Wert durch die Ablagerungen ab, so dass über die Steuer- und Regeleinrichtung 16 der Dampfdruck, wie im Zusammenhang mit 2 erläutert wurde, erhöht wird. Erreicht der gemessene Dampfdruck hier den oberen Grenzwert, so wird, wie zuvor beschrieben, angezeigt, dass eine Reinigung notwendig ist und eine Reinigung muss in dem vorab bestimmten Bereich durchgeführt werden.
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Die Messeinrichtung 10 kann beispielsweise bei flüssigen Heizmedien ein Durchflussmesser sein, über den der Volumenstrom des Heizmediums bestimmt werden kann, sowie ein Temperatursensor.
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4 ist eine konkrete Ausgestaltung der in 3 gezeigten Ausführungsform und ist geeignet die Dampfmenge zu bestimmen. Die Messeinrichtung 10 umfasst hier beispielsweise einen Durchflussmesser 13, einen Temperatursensor 23 und einen Drucksensor 14, die mit der Auswerteeinrichtung 11, die Teil der Regel-/Steuereinrichtung 16 ist, verbunden sind. Der Drucksensor 14, der Temperatursensor 23 und der Durchflussmesser 13 sind in der Leitung zwischen Regelventil 12 und Heizeinrichtung 2 angeordnet. Als Parameter zur Bestimmung der Reinigungsnotwendigkeit kann der gemessene Druck oder die gemessenen Temperatur herangezogen werden und mit einem vorbestimmten Wert oder bestimmten Wertebereich in der Auswerteeinrichtung 11 verglichen werden. Der Vergleichswert oder Wertebereich zur Bestimmung der Reinigungsnotwendigkeit wird durch Vergleichsversuche festgelegt. Hier dient also der gemessene Druck oder die Temperatur als Indikator für die Reinigungsnotwendigkeit. Mit der Messeinrichtung kann auch die Dampfmenge bestimmt werden, so dass nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Dampfmenge auf einen bestimmten Wert geregelt wird. Dann kann als Regelgröße für die Steuer- und Regeleinrichtung 16 auch die Dampfmenge (entprechend einer bestimmten Heizrate) herangezogen werden. Um bei fortschreitendem Fouling die gleiche Menge an Dampf in die Heizeinrichtung 2 einzubringen, muss das Dampfregelventil 12 weiter geöffnet werden.
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5 zeigt z. B. die Aufheizzeit des Produkts in einem Sud in Abhängigkeit der Sudzahl. Mit steigender Sudzahl nimmt aufgrund des Foulings die Aufheizzeit, die notwendig ist, das Produkt auf eine bestimmte Temperatur zu erhitzen, zu. Gleichzeitig nimmt der k-Wert ab. In diesem Ausführungsbeispiel wird bei einem k-Wert-Bereich von z. B. 2020 bis 2030 eine Reinigung eingeleitet. Wie zuvor beschrieben kann nun über die Steuer- und Regeleinrichtung 16 die Heizrate über Änderung der Enthalpie des Heizmediums auf einen bestimmten Sollwert oder Sollwertbereich geregelt werden. Es ist jedoch auch möglich die Aufheizzeit, die pro Sud nötig ist, als Parameter zur Bestimmung der Reinigungsnotwendigkeit heranzuziehen.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das als Parameter ein Signal erfasst, das sich in Abhängigkeit der Änderung der Dicke der Ablagerung auf der Heizfläche 2a ändert. Dazu ist in der Zirkulationsleitung 7 z. B. ein Refraktometer 8 angeordnet, wobei zumindest die Messoberfläche des Refraktometers in die Leitung ragt, wie auch in 7 dargestellt ist. Das Refraktometer ist mit einer Auswerteeinheit 9 verbunden, die Teil einer Regel- und Steuereinrichtung 16 sein kann. Es hat sich herausgestellt, dass sich in der Vorrichtung bei der Erwärmung des Produkts, d. h. hier: der Würze, auch auf der Messoberfläche 8a des Refraktometers, entsprechend den Ablagerungen an den Heizflächen, simultan Ablagerungen bilden. Das heißt, dass sich ein Ausgangssignal des Refraktometers in Abhängigkeit der Ablagerungen auf der Messoberfläche und somit in Abhängigkeit der Ablagerungen auf der Heizfläche ändert. Somit kann das Ausgangssignal, hier z. B. die Amplitude des Refraktometers, als Messparameter dienen. 7 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Durchlichtrefraktometers, das in die Leitung 7 ragt. Selbstverständlich könnte das Messfenster 8a des Refraktometers auch innerhalb des Behälters 17 angeordnet sein. Grundsätzlich passiert bei einem Durchlichtrefraktometer ein Lichtstrahl das Produkt und wird an der Grenzfläche zu einem Prisma gebrochen. Der Brechungswinkel kann von einem Detektor gemessen werden. Daraus kann der Brechungsindex n des Produkts mit Hilfe des Snellius'schen Gesetzes berechnet werden. Als Refraktometer wurde z. B. für dieses Ausführungsbeispiel ein handelsübliches Durchlichtrefraktometer verwendet. Ein entsprechendes Refraktometer ist in 7 gezeigt und weist eine Lichtquelle 21, eine Umlenkeinrichtung 22, ein Messfenster 23 sowie ein Doppelprisma 24 auf, an dem der Lichtstrahl geteilt wird und auf einen CCD-Sensor 25 trifft. Über die fokussierten Spaltbilder kann der Brechungswinkel und somit der Brechungsindex bestimmt werden.
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Die Amplitude des Messwerts beträgt im gereinigten Zustand, wie insbesondere aus 8 hervorgeht, 100% und sinkt durch Fouling bzw. Ablagerungen auf 0%. Das heißt, dass als Parameter die Amplitude des optischen Ausgangssignals verwendet wird. 8 zeigt, dass die Amplitude von 100% auf 0% abnimmt, während das Fouling von 0 bis 100% zunimmt. Unterschreitet die Amplitude einen vorbestimmten Wert und liegt in einem vorbestimmten Bereich, der durch die gepunkteten Linien dargestellt ist, so wird bestimmt, dass umgehend eine Reinigung erfolgen muss. Das Verhältnis zwischen Ablagerung am Refraktometer und Fouling am Innenkocher verhält sich simultan. Wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen kann auch hier ein entsprechender Grenzwert experimentell festgelegt werden. Dabei wird vorab bestimmt, wie dick die Ablagerung auf der Heizfläche 2a werden darf und der dazu entsprechende Grenzwert für das Messsignal festgelegt. Die maximale Dicke der Ablagerung liegt beispielsweise in einem Bereich 0,2 mm bis 10 mm.
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Während der CIP-Reinigung kann die Messung mit dem Refraktometer fortgesetzt werden, wobei dann die gemessene Amplitude mit einem weiteren Grenzwert verglichen werden kann, z. B. hier: 100% Amplitude. In Abhängigkeit dieser Messung kann dann die Reinigung beendet werden. Es ist auch möglich, dass nach der Reinigung die Amplitude gemessen wird, um zu bestimmen, ob die Reinigung erfolgreich war. Die Reinigung war dann erfolgreich, wenn die Amplitude wieder in einem Bereich von 100% liegt.
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Anstelle des Refraktometers kann auch eine Einrichtung für ein einfaches Durchlichtverfahren verwendet werden, wobei, wie in 9 gezeigt ist, ein Lichtstrahl durch ein Fenster auf eine transparente Messoberfläche trifft, die dem Produkt zugewandt ist und der Messstrahl auf einen Sensor geleitet wird, wobei dann wiederum die Amplitudenhöhe, wie zuvor beschrieben, als Messparameter dient. Mit zunehmender Dicke der Ablagerung auf der im Produkt angeordneten Messoberfläche steigt die Absorption und sinkt somit das Ausgangssignal.
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Anstelle des Refraktometers oder aber der Einrichtung für das Durchlichtverfahren kann auch eine Einrichtung zur Schichtdickenmessung mittels Ultraschall insbesondere eine Ultraschalldifferenzmessung verwendet werden. Ein Ultraschallpuls wird auf die Ablagerung auf der Heizfläche oder aber auf einer anderen im Produkt angeordneten Fläche geschickt, wobei die Ultraschallwellen reflektiert werden. In bekannter Weise erfolgt die Schichtdickenmessung z. B. über die Differenz der Laufzeitmessung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ultraschallwellen. Der Ultraschallkopf ist dabei z. B in einer Zirkulationsleitung 7 angeordnet.
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Die einzelnen Verfahren bzw. Mess- und Auswertevorrichtungen können miteinander kombiniert werden. Es ist vorteilhaft wenn bei dem Verfahren sowohl eine Parametermessung zur indirekten k-Wert Bestimmung, z. B. über die bereitgestellte Enthalpie des Heizmediums (über Regelventilstellung oder Druck- und/oder Temperaturmessung) als auch eine Parametermessung zur direkten oder indirekten Schichtdickenmessung (Refraktometer, Ultraschallmessung etc.) kombiniert werden. Es wird dann festgestellt, dass eine Reinigung notwendig ist und eine Reinigung durchgeführt, wenn beide Parameter einen jeweiligen vorbestimmten Grenzwert erreichen oder in dem jeweiligen vorbestimmten Bereich liegen. Die Genauigkeit lässt sich dadurch noch weiter verbessern.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird der Parameter, insbesondere die Schichtdicke der Ablagerung innerhalb der Vorrichtung oder einer entsprechenden Zu- oder Ableitung gemessen. Das Messgerät zur direkten oder indirekten Schichtdickenmessung befindet sich dann im Inneren der Leitung bzw. der Vorrichtung in dem flüssigen Lebensmittel.
