DE102012219964A1

DE102012219964A1 - Gekühltes Warmwasser

Info

Publication number: DE102012219964A1
Application number: DE201210219964
Authority: DE
Inventors: Peter Gattermeyer; Robert Gruber
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-04-30

Abstract

Die vorliegenden Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Bier mit einem Warmwasserspeicher zum Speichern von Warmwasser, insbesondere Warmwasser mit einer Temperatur von zumindest 60 °C, einem Kaltwasserspeicher zum Speichern von Kaltwasser, insbesondere Kaltwasser mit einer Temperatur von höchstens 40 °C, einem ersten Wärmetauscher, der mit dem Kaltwasserspeicher und dem Warmwasserspeicher verbunden und dazu ausgebildet ist, Warmwasser vom Warmwasserspeicher mithilfe von Kaltwasser vom Kaltwasserspeicher zu kühlen, einer Verarbeitungseinrichtung und einer Fördereinrichtung, die mit einem ersten Ausgang des ersten Wärmetauschers verbunden ist und zum Fördern des gekühlten Warmwassers zu der Verarbeitungseinrichtung ausgebildet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung relativ sauerstoffarmen gekühlten Warmwassers in Anlagen zur Bierherstellung.
Stand der Technik
Bei der Herstellung von Bierwürze und Bier muss die Aufnahme von Sauerstoff im Produktwasser während des Produktions- und Abfüllprozesses minimiert werden, um eine hohe Geschmacksstabilität und Haltbarkeit des Bieres zu erreichen.
Im Stand der Technik bringt beispielsweise (Ein-)Maischwasser oder Anschwänzwasser, das aus Kaltwasser und Warmwasser auf eine gewünschte Temperatur gemischt wird, einen relativ hohen Eintrag von gelöstem Sauerstoff in das Maischgefäß bzw. in die Läutervorrichtung (beispielsweise ein Läuterbottich) ein, wodurch es zu einer unerwünschten Oxidation der Maische, der Würze oder des Treberkuchens kommen kann. Je kälter die Temperatur beispielsweise des (Ein-)Maischwasser oder des Anschwänzwassers gewählt wird, desto mehr Sauerstoff wird in den Prozess eingetragen. Grund hierfür ist der höhere Kaltwasseranteil, welcher einen höheren Sauerstoffgehalt aufweist als das Warmwasser.
Es liegt somit der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, auf einer energetisch vorteilhaften Weise sauerstoffreduziertes Wasser, beispielsweise Brauwasser, bereitzustellen.
Beschreibung der Erfindung
Die oben genannte Aufgabe wird gelöst durch Bereitstellen einer Anlage zur Herstellung von Bier mit einem Warmwasserspeicher zum Speichern von Warmwasser, insbesondere Warmwasser mit einer Temperatur von zumindest 60 °C, einem Kaltwasserspeicher zum Speichern von Kaltwasser, insbesondere Kaltwasser mit einer Temperatur von höchstens 40 °C, einem ersten Wärmetauscher, der mit dem Kaltwasserspeicher und dem Warmwasserspeicher verbunden und dazu ausgebildet ist, Warmwasser vom Warmwasserspeicher mithilfe von Kaltwasser vom Kaltwasserspeicher zu kühlen, einer Verarbeitungseinrichtung und einer Fördereinrichtung, die mit einem Ausgang des ersten Wärmetauschers verbunden ist und zum Fördern des gekühlten Warmwassers (zur Verwendung als Produktwasser) zu der Verarbeitungseinrichtung ausgebildet ist. Der hier verwendete Begriff Warmwasser umfasst den im Gebiet der Technik verwendeten Begriff des Heißwassers. Der hier verwendete Begriff des Kaltwassers umfasst den in dieser Schrift verwendeten Begriff des Eiswassers, wobei unter Eiswasser im Gebiet der Technik das auf eine gewünschte Temperatur unterhalb der ortsabhängigen Kaltwassertemperatur gekühlte Kaltwasser verstanden wird. Das Kaltwasser (kalte Wasser) ist kälter als das Warmwasser. Die Begriffe Speicher, Tank und Speichertank werden austauschbar verwendet.
Bei dem Warmwasser kann es sich prinzipiell um (gegebenenfalls aufbereitetes) Prozesswasser oder Produktwasser handeln. Unter Produktwasser versteht man Wasser, welches Teil des Endproduktes – hier also Würze bzw. Bier – ist bzw. mit einem Vor-/Zwischenprodukt oder dem Endprodukt in Berührung kommt, beispielsweise Ausschubwasser. Prozesswasser ist Wasser, welches zur Herstellung und/oder Abfüllung von Getränken benötigt wird, jedoch nicht direkt in das Endprodukt einfließt. Unter Prozesswasser kann beispielsweise Pumpensperrwasser, Spritzwasser oder Wasser, welches zur Reinigung (beispielsweise Cleaning-in-Place) von Anlagen und/oder Maschinen verwendet wird, verstanden werden. Ebenfalls findet der Begriff Servicewasser in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie Verwendung. Darunter fällt beispielsweise das in einem Energiespeichertank verwendete Wasser, welches in einem geschlossenen System zu Heizzwecken für Wärmeverbraucher verwendet wird. Teilweise wird der Begriff Servicewasser äquivalent zum Begriff Prozesswasser verwendet. Bei Wasser, welches als Service- bzw. Prozesswasser bezeichnet wird, handelt es sich im Gegensatz zu Produktwasser um Wasser, welches nicht mit einem Vor-/Zwischenprodukt oder dem Endprodukt in Berührung kommt. Das Warmwasser kann eine Temperatur von 60 °C–95 °C, insbesondere mindestens 70 °C, insbesondere von 75 °C–85 °C, insbesondere von 78 °C–82 °C aufweisen.
Der Warmwasserspeicher wird von unterschiedlichen Wärmerückgewinnungseinrichtungen wie beispielsweise dem Würzekühler und/oder dem Pfannendunstkondensator und/oder einem Kondensatkühler, gespeist. Günstig ist es, wenn der Warmwasserspeicher durch einen in der Anlage irgendwo auftretenden Warmwasserüberschuss gespeist wird. Prinzipiell kann in den Warmwasserspeicher gefördertes Wasser vor dem Warmwasserspeicher erhitzt werden. Je kälter Wasser ist, desto mehr Sauerstoff kann sich in dem Wasser lösen. Das in dem Warmwasserspeicher gespeicherte Warmwasser weist gegenüber dem in dem Kaltwasserspeicher gespeicherten Kaltwasser aufgrund der chemisch-physikalischen Löslichkeit in Abhängigkeit der Temperatur und des Umgebungsdruckes einen deutlich geringeren Sauerstoffgehalt auf. Das in dem Warmwasserspeicher gespeicherte Warmwasser hat beispielsweise bei einem atmosphärischen Normaldruck von 1 bar einen Sauerstoffgehalt von weniger als 6 mg O₂/l, insbesondere weniger als 4 mg O₂/l. Das durch den ersten Wärmetauscher gekühlte Warmwasser wird also mit einem vergleichbaren Sauerstoffgehalt wie der des nicht gekühlten Warmwassers der Verarbeitungseinrichtung zugeführt.
Erfolgt die Speisung des Warmwasserspeichers durch eine Wärmerückgewinnungseinrichtung, wie beispielsweise dem Würzekühler und/oder dem Pfannendunstkondensator und/oder einem Kondensatkühler, oder durch einen in der Anlage anfallenden Warmwasserüberschuss, bedarf es keiner Aufheizung des Wassers vor der Förderung in den Warmwasserspeicher mit Primärenergie (z. B. Dampf oder Hochdruckheißwasser). Alternativ kann der Warmwasserspeicher auch regenerativ, beispielhaft mittels Solarthermie oder einem Blockheizkraftwerk aufgeheizt werden. Der erste Wärmetauscher kann in Form eines Röhren- oder Plattenwärmetauschers ausgebildet sein.
Es kann vorteilhaft sein, das relativ sauerstoffarme gekühlte Warmwasser in einem Pufferspeicher zwischenzuspeichern, ehe es seiner Verwendung zugeführt wird. Eine solche Zwischenspeicherung sollte jedoch nur relativ kurz erfolgen, um eine signifikante Sauerstoffaufnahme während der Speicherung zu vermeiden.
Im Vergleich zum Stand der Technik wird also durch das gekühlte Warmwasser relativ sauerstoffärmeres Kaltwasser zur Verwendung als Produktwasser einer Verarbeitungseinrichtung bereitgestellt, wodurch unerwünschte Oxidationsprozesse in der Verarbeitungseinrichtung weitestgehend vermieden werden können. Die Verarbeitungseinrichtung kann ein Maischgefäß oder eine Läutereinrichtung, beispielsweise ein Läuterbottich oder ein Maischefilter, zum Abläutern von Würze sein. Die Verarbeitungseinrichtung kann auch eine Verdünnungseinrichtung zum Verdünnen von Würze und/oder (fast fertig) hergestellten Bieres, beispielsweise im Rahmen des High-Gravity-Brauverfahrens hergestellten Bieres, sein. Alternativ kann das erfindungsgemäß erzeugte relativ sauerstoffarme gekühlte Warmwasser als Ausschubwasser für Leitungsausschübe oder zum Fluten von Tanks Verwendung finden.
Ein zweiter Ausgang des ersten Wärmetauschers kann mit dem Warmwasserspeicher derart verbunden sein, dass Kaltwasser, das aus dem Kaltwasserspeicher durch den ersten Wärmetauscher gefördert wird, in den Warmwasserspeicher gelangen kann. Das so erzeugte warme (im ersten Wärmetauscher erhitzte und aus dem Kaltwasserspeicher stammende Kaltwasser), relativ sauerstoffreiche Wasser wird so in dem Warmwasserspeicher eingespeichert, wo der Sauerstoff aufgrund der temperaturabhängig schlechteren Löslichkeit ausgetrieben wird.
Es kann ein zweiter Wärmetauscher vorgesehen sein, der das in dem ersten Wärmetauscher gekühlte relativ sauerstoffarme Wasser weiter abkühlt, falls dieses zur Verwendung in der Verarbeitungseinrichtung gewünscht ist. Dieser zweite Wärmetauscher kann mit einer Kälteanlage verbunden sein, die ihn mit einem Kältemedium, beispielsweise Glykol, speist. Der zweite Wärmetauscher kann auch mit Eiswasser aus einem Eiswasserspeicher als Kältemedium betrieben werden.
Es kann vorgesehen sein, das im Warmwasserspeicher gespeicherte Warmwasser im unteren Bereich des Warmwasserspeichers abzuziehen und dem ersten Wärmetauscher zuzuführen. Die Einlagerung des Wassers in den Warmwasserspeicher erfolgt im oberen Bereich. Der obere Bereich kann sich in der oberen Hälfte oder dem oberen Drittel und der untere Bereich kann sich in der unteren Hälfte oder dem unteren Drittel des Warmwasserspeichers befinden. Vorteilig ist hierbei, dass möglicherweise etwas kälteres Wasser in den Warmwassertank eingelagert wird, das ein niedrigeres Temperaturniveau als das Wasser im Warmwasserspeicher aufweist. Somit findet infolge des thermischen Auftriebs eine Durchmischung im Wasserspeicher statt. Infolge dessen erwärmt sich das kältere Wasser und kann somit noch effektiver entgasen. Eine längere Verweilzeit des Wassers im Warmwasserspeicher kann diesen Effekt weiterhin positiv beeinflussen. Somit kann dem ersten Wärmetauscher Wasser mit einem geringeren Sauerstoffgehalt zur Verfügung gestellt werden.
Es kann vorteilhaft sein, das in dem Warmwasserspeicher gespeicherte Wasser vor dem Kühlen in dem ersten Wärmetauscher noch weiter zu entgasen. Hierzu kann eine Entgasungseinrichtung vorgesehen sein. Die Entgasungseinrichtung kann eine Entgasungskolonne umfassen, die das zu entgasende Warmwasser beispielsweise von oben nach unten über eine Reaktionsstrecke durchläuft. Prinzipiell kann die Entgasungseinrichtung eine Aufheizeinrichtung zum weiteren Aufheizen des zu entgasenden Wassers, etwa eine Mantelheizung und/oder eine externe Wärmetauschervorrichtung, enthalten. Des Weiteren kann alternativ und/oder zusätzlich, eine Vakuumeinrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks in der Entgasungseinrichtung enthalten sein oder die Entgasungseinrichtung mit einer solchen verbunden sein. Auch kann die Entgasungseinrichtung eine Steuereinrichtung zum Steuern verschiedener CO₂ bzw. O₂-Gehalte und/oder Temperaturen des entgasten Wassers umfassen. Weiterhin kann die Entgasung durch Einleiten eines Inertgases, beispielsweise Kohlendioxid oder Stickstoff, in die Entgasungseinrichtung (beispielsweise im Gegenstrom zum Durchlauf des zu entgasenden Wassers) bzw. in eine Zulaufleitung zu der Entgasungseinrichtung unterstützt werden. In der beanspruchten Anlage kann entgastes Wasser mit einem Restsauerstoffgehalt von 0,05-0,01 mg O₂/l erzeugt werden.
Wenn die Entgasungseinrichtung mit Unterdruck betrieben wird, kann das Ausgasen des Sauerstoffs erleichtert werden. In diesem Fall kann eine Wasserstrahlpumpe, die dazu ausgebildet ist, in der Entgasungseinrichtung einen Unterdruck zu erzeugen, an eine der Leitungen, die die oben genannten Wärmetauscher, Speicher und die Entgasungseinrichtung miteinander nach Maßgabe der konkret gewählten Konfiguration verbinden, angeschlossen werden. Es bedarf somit nicht zusätzlichen Wassers zum Betreiben der Wasserstrahlpumpe, das schließlich ohne weitere Verwendung der Kanalisation zugeführt werden würde.
Die Wasserstrahlpumpe kann beispielsweise an einer Kaltwasserleitung angeschlossen werden. Die Wasserstrahlpumpe kann beispielsweise an einer dem Speichertank für Kaltwasser zuführenden Leitung angeschlossen sein. Die Wasserstrahlpumpe kann beispielsweise zum Einsatz kommen, wenn der Speichertank für Kaltwasser zeitgleich zum Betrieb der Entgasungseinrichtung befüllt wird. Es kann also Produkt- oder Prozesswasser zum Betreiben der Wasserstrahlpumpe als Vakuumeinrichtung verwendet werden. Somit bedarf es zum Betreiben der Wasserstrahlpumpe, anders als bei im Stand der Technik in Entgasungseinrichtungen verwandten Wasserstrahlpumpen, nicht zusätzlichen Wassers, das schließlich ohne weitere Verwendung der Kanalisation zugeführt werden würde. Allgemein wird also auch bereitgestellt eine Anlage mit einem Speichertank für (Warm)Wasser, einer Entgasungseinrichtung, die mit dem Speichertank verbunden ist und dazu ausgebildet ist, (Warm)Wasser aus dem Speichertank zu entgasen und einer Wasserstrahlpumpe, die dazu ausgebildet ist, in der Entgasungseinrichtung einen Unterdruck zu erzeugen, und die an einer Wasserleitung der Anlage angeschlossen ist, wobei die Leitung eine zu oder von einem Wasserspeicher, beispielsweise einem Kaltwasser- oder Warmwasserspeichertank der Anlage, führende Leitung sein kann. In einem weiteren Beispiel der Anlage kann vorgesehen werden, dass das Warmwasser gekühlt wird und lediglich mithilfe einer Wasserstrahlpumpe (ohne weitere Entgasungseinrichtung) Sauerstoff dem gekühlten Warmwasser entzogen wird. Somit wird bereitgestellt eine Anlage mit einem Speichertank für Warmwasser und einer Wasserstrahlpumpe, die an einer Wasserleitung der Anlage angeschlossen ist, wobei die Leitung eine zu oder von einem Wasserspeicher, beispielsweise einem Kaltwasser- oder Warmwasserspeichertank der Anlage, führende Leitung sein kann, und die dazu ausgebildet ist, einem in einem Wärmetauscher der Anlage gekühlten Warmwasser, das aus dem Warmwasserspeicher der Anlage stammt, Sauerstoff zu entziehen.
Wenn eine Entgasungseinrichtung vorgesehen ist, kann es vorteilhaft sein, einen dritten Wärmetauscher zum Erhitzen des vom Warmwasserspeicher geförderten Warmwassers vorzusehen. Hierdurch kann die nachfolgende Entgasung des bereits teilweise entgasten Warmwassers in der Entgasungseinrichtung erleichtert und verbessert werden. Das in dem dritten Wärmetauscher verwendete Heizmedium kann Dampf oder Hochdruckheißwasser sein. Der dritte Wärmetauscher kann auch mittels eines Heizmediums betrieben werden, dass beispielsweise auch aus einem Energiespeichertank stammen kann oder anderweitig rekuperativ gewonnen wurde.
Wie der erste Wärmetauscher können auch der zweite und/oder dritte Wärmetauscher als Röhren- oder Plattenwärmetauschers ausgebildet sein.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst die erfindungsgemäße Anlage eine Mischeinrichtung (beispielhaft mit einem Mischventil), die zum Mischen von vom Warmwasserspeicher geförderten nicht durch den ersten Wärmetauscher gekühlten Warmwasser und vom Warmwasserspeicher geförderten durch den ersten Wärmetauscher gekühlten Warmwasser ausgebildet ist und wobei die Fördereinrichtung das durch die Mischeinrichtung gemischte Wasser zu der Verarbeitungseinrichtung fördert. Bei dem nicht durch den ersten Wärmetauscher gekühlten Warmwasser kann es sich um in der Entgasungsseinrichtung entgastes oder um nicht in der Entgasungsseinrichtung entgastes Wasser handeln. Durch das Mischen kann die Temperatur des in der Verarbeitungseinrichtung verwendeten Wassers wunschgemäß eingestellt werden.
Die Temperatur das der Verarbeitungseinrichtung zugeführten Wassers kann alternativ auch durch die Regelung des Volumenstromes bzw. der Volumenströme (Warmwasser und/oder Kaltwasser), welche durch den ersten Wärmetauscher fließen, geregelt/gesteuert werden. Die oben beschriebenen Beispiele der Anlage können eine entsprechende Regel-/Steuereinrichtung enthalten. Relativ kaltes sauerstoffarmes Wasser kann in einer weiteren Weiterbildung durch Abkühlen von relativ sauerstoffarmem Heißwasser in einem Würzekühler bereitgestellt werden. Bei der Würzeherstellung handelt es sich meist um Batch-Prozesse. Nach der Heißtrubabscheidung, z. B. im Whirlpool, wird die Würze üblicherweise in einem Würzekühler (es handelt sich um einen Wärmetauscher, bei welchem mit kaltem Wasser und/oder Eiswasser die Würze gekühlt wird) auf die gewünschte Temperatur gekühlt und in einen Gärtank geführt. Wenn die Würze aus dem Whirlpool abgezogen ist, wird mithilfe von Heißwasser die in der Leitung befindliche Würze in den Gärtank ausgeschoben und die Leitung wird gespült. Betreibt man den Würzekühler während des Ausschubvorgangs weiter im Kühlbetrieb, so kann man das Heißwasser dadurch Kühlen und so gekühltes sauerstoffarmes Wasser gewinnen. Der erste Wärmetauscher der erfindungsgemäßen Anlage kann also in Form eines Würzekühlers bereitgestellt werden.
Das so gewonnene gekühlte sauerstoffarme Warmwasser kann beispielsweise zum (Ein-)Maischen und Anschwänzen verwendet werden. Durch Verwenden des Ausschubwassers als kühles sauerstoffarmes Wasser ergibt sich vorteilhafterweise eine Wasserersparnis, da anders als im Stand der Technik das Ausschubwasser nicht in die Kanalisation entsorgt, sondern als Produktwasser verwendet wird. Beispielsweise wird das gekühlte sauerstoffarme Warmwasser in einem Produktwassertank bis zur Verwendung zwischengespeichert. Das gekühlte sauerstoffarme Warmwasser kann beispielhaft über eine vorhandene Cleaning-in-Place-Rücklaufleitung zum Produktwassertank geführt werden. Findet der Würzeausschub nach jedem Sud statt, so kann beispielhaft die vorhandene Cleaning-in-Place-Rücklaufleitung der Würzeweg-Cleaning-in-Place-Einrichtung verwendet werden. Wird lediglich nur bei jedem Tankwechsel die Würze ausgeschoben so kann beispielhaft direkt nach dem Würzekühler eine Verbindungsleitung zu einem Produktwassertank verlegt werden. Dadurch kann bei jedem Sud der Würzekühler ausgeschoben werden, und es kann so prinzipiell eine hinreichende Menge an sauerstoffarmem Kaltwasser erzeugt werden. Als Produktwassertank kann beispielhaft der Glattwassertank dienen.
Wenn die Verarbeitungseinrichtung eine Läutereinrichtung, etwa ein Läuterbottich ist, kann das gekühlte sauerstoffarme Warmwasser als Anschwänzwasser verwendet werden. In diesem Fall kann ihm gemäß einer Weiterbildung Inertgas (beispielsweise Kohlendioxid oder Stickstoff) vor dem Fördern in die Läutereinrichtung zugesetzt werden. Die Läutereinrichtung umfasst eine Anschwänzeinrichtung, und wenn das mit dem Inertgas versetzte Anschwänzwasser von der Anschwänzeinrichtung ausgelassen wird, entweicht das mit dem Wasser vermischte Inertgas und treibt den Sauerstoff aus. Zudem schichtet sich als Inertgas verwendetes Kohlendioxid aufgrund seines gegenüber Sauerstoff höheren Molgewichts direkt oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche bzw. des Treberkuchens auf und dient so als Schutzbarriere gegenüber dem gasförmigen in der Läutereinrichtung vorhandenem Sauerstoff.
In der Anlage gemäß einem der vorher beschriebenen Beispiele kann die Verarbeitungseinrichtung eine Läutereinrichtung sein und in diesem Fall umfasst die Anlage weiterhin eine Inertgaszufuhreinrichtung, die dazu ausgebildet ist, dem gekühlten Warmwasser Inertgas zuzuführen, so dass es als mit Inertgas versetztes kaltes Anschwänzwasser verwendet werden kann.
Die oben genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Bierbrauen mit den Schritten:
Speichern von Warmwasser, insbesondere Warmwasser mit einer Temperatur von zumindest 60 °C, in einem Warmwasserspeicher;
Speichern von Kaltwasser, insbesondere Kaltwasser mit einer Temperatur von höchsten 40 °C, in einem Kaltwasserspeicher;
Fördern von Warmwasser aus dem Warmwasserspeicher in einen Wärmetauscher und von Kaltwasser aus dem Kaltwasserspeicher in den Wärmetauscher zum Erhalten gekühlten Warmwassers; und
Fördern des gekühlten Warmwassers direkt und/oder via eines Puffergefäßes und/oder Speichertanks in eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise eine der oben genannten Verarbeitungseinrichtungen.
Bei dem gespeicherten Warmwasser kann es sich um relativ sauerstoffarmes (weniger als 4 mg O₂/l, insbesondere weniger als 3 mg O₂/l) Wasser handeln. Die Speichertanks und die Verarbeitungseinrichtung können Teil eines Sudhauses sein.
Die Verarbeitungseinrichtung kann beispielsweise ein Maischgefäß oder eine Läutereinrichtung, wie ein Läuterbottich, sein. Im ersten Fall wird das sauerstoffarme gekühlte Warmwasser als sauerstoffarmes (Ein-)Maischwasser verwendet. Es wird angemerkt, dass die Zugabe des (Ein-)Maischwassers nicht auf ein Maischgefäß beschränkt ist, sondern das (Ein-)Maischwasser auch beispielhaft bereits zur Schrotmühle, wie einem Maischefertiger oder einer Nassschrotmühle mit Weichkammer, Schrotung und Mischkammer oder zu einer Einmaischvorrichtung zugegeben werden kann. Insbesondere kann das sauerstoffarme gekühlte Warmwasser als sauerstoffarmes kaltes Anschwänzwasser verwendet werden. Wenn das gekühlte Warmwasser als sauerstoffarmes kaltes Anschwänzwasser Verwendung findet, kann das Verfahren zusätzlich den Schritt des Versetzens des Anschwänzwassers mit einem Inertgas umfassen. Wird gemäß einer Weiterbildung das gekühlte Warmwasser als (Ein-)Maischwasser verwendet, so kann dieses (Ein-)Maischwasser mit einem Inertgas versetzt werden.
Das Verfahren kann weiterhin Entgasen des von dem Warmwasserspeicher geförderten Warmwassers vor dem Eintritt in den Wärmetauscher umfassen. Auch kann das Kaltwasser, nachdem es den Wärmetauscher als Kältemedium durchlaufen und thermische Energie von dem Warmwasser aufgenommen hat, in den Warmwasserspeicher gefördert werden.
Es wird weiterhin bereitgestellt ein Verfahren zum Bierbrauen mit den Schritten:
Fördern von Würze zu einem Würzekühler;
Kühlen der geförderten Würze in dem Würzekühler;
Ausschieben der gekühlten Würze am Ende des Kühlschritts mit Wasser; und
Kühlen von Warmwasser in dem Würzekühler, um relative sauerstoffarmes (s. o.) gekühltes Warmwasser zu erhalten.
Das in dem Würzekühler gekühlte Warmwasser kann hierbei das zum Ausschieben der gekühlten Würze am Ende des Kühlschritts verwendet Wasser umfassen.
Im Folgenden werden Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Anlage unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Die beschriebenen Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht lediglich als illustrativ und nicht als einschränkend anzusehen und verschiedene Kombinationen der angeführten Merkmale sind in der Erfindung eingeschlossen. Weiter sei angemerkt, dass in den Figuren und auch in der Beschreibung die zahlreichen für die vorstehend geschilderte Erfindung erforderlichen Stellglieder, Ventile, Pumpen und sonstige Fördereinrichtungen oder Einrichtungen für Mess-, Regelungs- und Steuerungstechnik der Übersichtlichkeit wegen nicht beschrieben und dargestellt sind.
1 veranschaulicht eine Anlage mit einem Warmwasserspeicher, einem Kaltwasserspeicher, einer Entgasungseinrichtung und einer Verarbeitungseinrichtung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
2 veranschaulicht eine Anlage mit einem Warmwasserspeicher und einem Würzekühler als Wärmetauscher zur Kühlung des in dem Warmwasserspeicher gespeicherten Warmwassers.
Ein beispielhafter Aufbau für eine erfindungsgemäße Anlage ist in 1 gezeigt. Ein Warmwasserspeicher 1 speichert warmes (ca. 75 °C–85 °C) sauerstoffarmes Wasser, das unter anderem zur Entgasung vorgesehen ist. Ein Kaltwasserspeicher 2 speichert Kaltwasser mit einer Temperatur von höchstens 40 °C. Das warme sauerstoffarme Wasser weist einen Sauerstoffgehalt von weniger als 4 mg O₂/l, insbesondere weniger als 3 mg O₂/l, auf. Bei einem atmosphärischen Druck von 1 bar sind bei einer Wassertemperatur von 15 °C 10 mg O₂/l gebunden, während bei einer Wassertemperatur von 80 °C lediglich 3,1 mg O₂/l gebunden sind.
In einem Sudhaus kann der Warmwasserspeicher 1 in Form eines Brauwassertanks warm bereitgestellt werden und warmes Produktwasser von zumindest 60 °C speichern, das beispielhaft in einem Würzekühler und/oder Pfannendunstkondensator und/oder Kondensatkühler rekuperativ erzeugt wurde. Alternativ kann das warme Produktwasser des Warmwasserspeichers 1 zumindest zum Teil mittels regenerativer Energiequellen erhitzt worden sein.
Erfindungsgemäß wird das Warmwasser aus dem Warmwassertank 1 in einem Wärmetauscher 3, beispielsweise einem Platten- oder Röhrenwärmetauscher, mit dem Kaltwasser aus dem Kaltwasserspeicher 2 als Kältemedium gekühlt, um gekühltes relativ sauerstoffarmes Wasser zu erhalten. Das Wasser wird beispielsweise von einer Temperatur von etwa 75 °C–85 °C auf eine Temperatur von etwa 10 °C–37 °C abgekühlt. Das gekühlte relativ sauerstoffarme Wasser wird in einer Verarbeitungseinrichtung 4 verwendet. Die Verarbeitungseinrichtung 4 kann, wie in 1 gezeigt, eine Läutereinrichtung sein. In diesem Fall kann das gekühlte relativ sauerstoffarme Wasser als (Kalt-)Anschwänzwasser Verwendung finden. Die Verarbeitungseinrichtung 4 kann eine Maischeeinrichtung sein, und es kann das gekühlte relativ sauerstoffarme Wasser als (Ein-)Maischwasser Verwendung finden. Die Verarbeitungseinrichtung 4 kann eine Verdünnungseinrichtung zum Verdünnen von Würze und/oder Bier sein und das gekühlte relativ sauerstoffarme Wasser zur Verdünnung von im Sudhaus hergestellter Würze und/oder Bier Verwendung finden.
Je nach Verwendung des gekühlten relativ sauerstoffarmen Wassers kann es vorteilhaft sein, das Warmwasser des Warmwasserspeichers 1 vor dem Kühlen über den Wärmetauscher 3 durch eine Entgasungseinrichtung 5 mit einer Entgasungskolonne o. ä. weiter zu entgasen. In der Entgasungskolonne der Entgasungseinrichtung 5 wird das zu entgasende Wasser wie aus dem Stand der Technik bekannt eingebracht (zum Beispiel versprüht oder vernebelt).
Die Entgasungseinrichtung 5 kann Einbauten umfassen, die eine oberflächenvergrößernde Struktur ausbilden, beispielsweise strukturierte Edelstahlpackungen und/oder Raschig-Ringe, wie es ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Entgasungseinrichtung 5 kann eine Mantelheizung (nicht dargestellt) in bzw. an einem Entgaser aufweisen, die mit Dampf oder einem flüssigen Heizmedium versorgt werden kann. Das flüssige Heizmedium kann aus einem separaten Energiespeichertank und/oder dem Warmwasserspeicher 1 stammen. Zur Effizienzsteigerung des Entgasungsvorgangs kann Inertgas über eine Inertgaszufuhr 6 der Entgasungseinrichtung 5 zugeführt werden, das den Sauerstoff verdrängt. Als Inertgas kann beispielsweise Kohlendioxid oder Stickstoff eingesetzt werden.
Der Entgasungsvorgang in der Entgasungseinrichtung 5 kann durch Erzeugen eines Unterdrucks unterstützt werden. Durch den Unterdruck wird die Siedetemperatur des zu entgasenden Wasser gesenkt, wodurch in der Entgasungseinrichtung 5 eine verbesserte Entgasung erfolgen kann. Zur Erzeugung des Unterdrucks in der Entgasungseinrichtung 5 kann eine Wasserstrahlpumpe eingesetzt werden, die prinzipiell an irgendeiner wasserführenden Leitung angeschlossen sein kann. Beispielsweise ist die Wasserstrahlpumpe mit einer wasserführenden Leitung der erfindungsgemäßen Anlage verbunden, insbesondere mit der den Kalt- und Warmwassertank verbindenden Leitung.
Das im Wärmetauscher 3 erhitzte aus dem Kaltwasserspeicher 2 stammende Kaltwasser kann von einem Ausgang des Wärmetauschers 3 in den Warmwasserspeicher 1 gefördert werden, in dem Sauerstoff ausgasen kann. Die Wassermenge, die dem Warmwasserspeicher 1 zum Entgasen und Kühlen entnommen wird, kann der Wassermenge entsprechen, die dem Kaltwasserspeicher 2 zur Kühlung des entgasten Warmwassers entnommen und schließlich nach Durchlauf durch den Wärmetauscher 3 dem Warmwasserspeicher 1 zugeführt wird, so dass in diesem Beispiel im Warmwasserspeicher 1 ein ausgeglichener Wasserhaushalt vorliegt.
Das nach Durchlauf des ersten Wärmetauschers als Kältemedium dem Warmwasserspeicher 1 zugeführte Wasser kann in einem weiteren Wärmetauscher (nicht gezeigt), der beispielsweise mit Primärenergie in Form von Dampf oder Hochdruckheißwasser als Heizmedium betrieben wird, erhitzt werden. Der weitere Wärmetauscher kann auch mittels Energie aus einem Energiespeicher oder mit regenerativ erzeugter Energie (zum Beispiel Blockheizkraftwerk, Solarthermie) betrieben werden. Ebenso kann Primärenergie oder regenerativ erzeugte Energie in einem noch zusätzlichen Wärmetauscher (nicht gezeigt) Verwendung finden, mithilfe dessen das Warmwasser aus dem Warmwasserspeicher 1 vor Eintritt in die Entgasungseinrichtung 5 erhitzt wird, um das Entgasen zu erleichtern. In diesem Fall kann die Kolonnengröße der Entgasungseinrichtung 5 bzw. die Menge des aufzuwendenden Inertgases verringert werden.
Beispielsweise werden die beiden weiteren Wärmetauscher mit zurückgewonnener Energie, die beispielsweise aus einem Energiespeicher bereitgestellt wird, betrieben. Auch ist eine Kombination von Primärenergie und rekuperativer Energie möglich.
In dem in 1 gezeigten Beispiel ist ein Mischventil 7 zum Mischen von gekühltem Warmwasser und Warmwasser vorgesehen. Gemäß einem Beispiel sind eine Leitung von der optionalen Entgasungseinrichtung 5 und eine Leitung von einem Ausgang des Wärmetauschers 3 mit dem Mischventil 7 verbunden, das ein Mischen des gekühlten sauerstoffarmen Warmwassers und des ungekühlten sauerstoffarmen Warmwassers, das aus dem Warmwasserspeicher 1 stammt und in der Entgasungseinrichtung 5 entgast wird, ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich kann über das Mischventil 7 das gekühlte sauerstoffarme Warmwasser und das aus dem Warmwasserspeicher 1 ohne Entgasung stammende Warmwasser gemischt werden. Schließlich wird ein sauerstoffarmes Produktwasser mit einer gewünschten Temperatur über das Mischventil 7 bereitgestellt und der Verarbeitungseinrichtung 4 zugeführt.
Wie bereits erwähnt kann das sauerstoffarme gekühlte Warmwasser einem Maischgefäß zugeführt werden und zum (Ein-)Maischen verwendet werden. Da sauerstoffarmes Brauwasser verwendet wird, stellt sich ein deutlich geringerer Sauerstoffanteil in der Gasatmosphäre der Maischeinrichtung (zum Beispiel eines Maischgefäßes) ein, als dieses entsprechend dem Partialdruck bei gewählter Temperatur für normales nicht sauerstoffarmes Brauwasser, wie es im Stand der Technik für den (Ein-)Maischvorgang verwendet wird, der Fall ist.
Hinzu kommt, dass bei Befüllung des Maischgefäßes von unten die beim vorherigen Entleervorgang über das Dunstrohr des Maischgefäßes eingeschnorchelte Luft in einer Kolbenströmung aus dem Dunstrohr gedrückt wird. Um den Sauerstoff-Partialdruck in der Gasatmosphäre über dem kühleren (die Temperatur kann beispielsweise 52 °C–60 °C sein, sie ist jedoch von dem jeweiligen Maischverfahren abhängig) Maischespiegel noch weiter zu senken, kann es vorgesehen sein, nach dem Einmaischen über einen Spritzkopf heißes (etwa 80 °C) sauerstoffarmes Brauwasser in dem Maischgefäß oberhalb des Maischespiegels zu verdüsen. So kann nachfolgend der Maischprozess ohne signifikante unerwünschte Sauerstoffaufnahme durchgeführt werden. Dies ist vorteilhaft, wenn eine Maischezirkulation während des Maischprozesses über eine Heizfläche erfolgt.
2 zeigt ein weiteres Beispiel für die erfindungsgemäße Anlage. In diesem Beispiel findet ein Würzekühler 3’ als erster Wärmetauscher (vgl. Wärmetauscher 3 in 1) zum Erzeugen gekühlten Warmwassers, das aus dem Warmwassertank 1 stammt, Verwendung. Als Kältemedium dient Kaltwasser aus dem Kaltwasserspeicher 2. Das Kaltwasser kann insbesondere in Form von Eiswasser mit einer Temperatur von 1°C bis 5 °C bereitgestellt werden. Das zur Kühlung im Würzekühler 3’ verwendete Kaltwasser kann nach Durchlauf des Würzekühlers 3’ und ggf. nach einer weiteren Aufheizung in einem weiteren (nicht gezeigten) Wärmetauscher dem Warmwassertank 1 zugeführt werden.
Bei der Würzeherstellung handelt es sich meist um Batch-Prozesse. Nach der Heißtrubabscheidung, z. B. im Whirlpool 8, wird die Würze üblicherweise in dem Würzekühler 3’ auf die gewünschte Temperatur gekühlt. Wenn die Würze aus dem Whirlpool 8 abgezogen ist, wird mithilfe von Heißwasser (Warmwasser mit einer Temperatur von mindestens 60 °C) die in der Leitung befindliche Würze in einen Gärtank 9 ausgeschoben und die Leitung wird gespült. Dieses Verdrängen der Würze nennt man Würzeausschub. Betreibt man den Würzekühler 3’ während des Würzeausschubs weiter im Kühlbetrieb, so kann man das Heißwasser dadurch kühlen und so gekühltes sauerstoffarmes Wasser gewinnen. Es versteht sich, dass nicht nur das Ausschubwasser, sondern auch weiteres Warmwasser in dem Würzekühler 3’ in Anschluss an den Würzeausschub gekühlt werden kann.
Das gewonnene gekühlte sauerstoffarme Wasser kann über eine Leitung, zum Beispiel über eine bereits vorhandene Leitung wie beispielhaft eine Cleaning-in-Place-Rücklaufleitung des Würzewegs (mit Würzeweg sind die Leitungen zu verstehen, welche in den Prozessschritten vom Würzeausschlagen bis zum Gärtankeinlauf verwendet werden) leiten und in einem Produktwassertank 10 zwischenspeichern. Vom Produktwassertank 10 kann das gekühlte sauerstoffarme Wasser dann bei Bedarf einer Verarbeitungseinrichtung, wie beispielsweise einer Läutereinrichtung, zugeführt werden.

Claims

Anlage zur Herstellung von Bier mit einem Warmwasserspeicher (1) zum Speichern von Warmwasser, insbesondere Warmwasser mit einer Temperatur von zumindest 60 °C; einem Kaltwasserspeicher (2) zum Speichern von Kaltwasser, insbesondere Kaltwasser mit einer Temperatur von höchstens 40 °C; einem ersten Wärmetauscher (3), der mit dem Kaltwasserspeicher (2) und dem Warmwasserspeicher (1) verbunden und dazu ausgebildet ist, Warmwasser vom Warmwasserspeicher (1) mithilfe von Kaltwasser vom Kaltwasserspeicher (2) zu kühlen, einer Verarbeitungseinrichtung (4); und einer Fördereinrichtung, die mit einem ersten Ausgang des ersten Wärmetauschers (3) verbunden ist und zum Fördern des gekühlten Warmwassers zu der Verarbeitungseinrichtung (4) ausgebildet ist.
Anlage gemäß Anspruch 1, in der ein zweiter Ausgang des ersten Wärmetauschers (3) mit dem Warmwasserspeicher (1) verbunden ist, derart dass Kaltwasser, das aus dem Kaltwasserspeicher (2) durch den ersten Wärmetauscher (3) gefördert wird, in den Warmwasserspeicher (1) gelangen kann.
Anlage gemäß Anspruch 1 oder 2, weiterhin mit einem zweiten Wärmetauscher, der mit dem ersten Ausgang des ersten Wärmetauschers (3) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das gekühlte Warmwasser weiter zu kühlen.
Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einem Speichertank zum Speichern des gekühlten Warmwassers.
Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einer Entgasungseinrichtung (5), die mit dem Warmwasserspeicher (1) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das Warmwasser aus dem Warmwasserspeicher (1) zu entgasen.
Anlage gemäß Anspruch 5, weiterhin mit einem dritten Wärmetauscher, der mit der Entgasungseinrichtung (5) und dem Warmwasserspeicher (1) verbunden ist und der angeschlossen und dazu ausgebildet ist, das Warmwasser, bevor es zu der Entgasungseinrichtung (5) gefördert wird, zu erhitzen.
Anlage gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, weiterhin mit einer Wasserstrahlpumpe, die dazu ausgebildet ist, in der Entgasungseinrichtung (5) einen Unterdruck zu erzeugen und die in einer mit einem der Speicher und/oder einem der Wärmetauscher und/oder der der Entgasungseinrichtung (5) verbundenen Leitung angeschlossen ist.
Anlage gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, weiterhin mit einer mit der Entgasungseinrichtung (5) verbundenen Inertgaszufuhreinrichtung.
Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einer Mischeinrichtung (7), die zum Mischen von vom Warmwasserspeicher geförderten nicht durch den ersten Wärmetauscher gekühlten Warmwasser und vom Warmwasserspeicher geförderten durch den ersten Wärmetauscher gekühlten Warmwasser ausgebildet ist und wobei die Fördereinrichtung dazu ausgebildet ist, das durch die Mischeinrichtung gemischte Wasser zu der Verarbeitungseinrichtung zu fördern.
Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einer Einrichtung zum Steuern oder Regeln des Volumenstroms des Warmwassers und/oder des Kaltwassers, der durch den ersten Wärmetauscher strömt.
Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in der der erste Wärmetauscher ein Würzekühler ist.
Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in der die Verarbeitungseinrichtung eine Läutereinrichtung ist und die Anlage weiterhin eine Inertgaszufuhreinrichtung umfasst, die dazu ausgebildet ist, dem gekühlten Warmwasser Inertgas zuzuführen, so dass es als mit Inertgas versetztes kaltes Anschwänzwasser verwendet werden kann.
Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in der die Verarbeitungseinrichtung ein Maischgefäß ist und die Anlage weiterhin eine Inertgaszufuhreinrichtung umfasst, die dazu ausgebildet ist, dem gekühlten Warmwasser Inertgas zuzuführen, so dass es als mit Inertgas versetztes kaltes Maischwasser oder Einmaischwasser verwendet werden kann.
Verfahren zum Bierbrauen mit den Schritten: Speichern von Warmwasser, insbesondere Warmwasser mit einer Temperatur von zumindest 60 °C, in einem Warmwasserspeicher (1) eines Sudhauses; Speichern von Kaltwasser, insbesondere Kaltwasser mit einer Temperatur von höchsten 40 °C, in einem Kaltwasserspeicher (2) des Sudhauses; Fördern von Warmwasser aus dem Warmwasserspeicher (1) in einen Wärmetauscher (3) und von Kaltwasser aus dem Kaltwasserspeicher (2) in den Wärmetauscher (3) zum Erhalten gekühlten Warmwassers; und Fördern des gekühlten Warmwassers in eine Verarbeitungseinrichtung (4).
Verfahren gemäß Anspruch 14, weiterhin mit dem Schritt des Entgasens des von dem Warmwasserspeicher (1) geförderten Warmwassers vor dem Eintritt in den Wärmetauscher (3).
Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15 weiterhin mit dem Schritt des Förderns des Kaltwassers nach Ausgang aus dem Wärmetauscher (3) in den Warmwasserspeicher (1).
Anschwänzverfahren mit den Schritten eines der Ansprüche 14 bis 16, wobei das gekühlte sauerstoffarme Warmwasser zu einer Läutereinrichtung gefördert wird und mit dem Schritt des Verwendens des zu der Läutereinrichtung geförderten gekühlten sauerstoffarmen Warmwassers als Anschwänzwasser.
Anschwänzverfahren gemäß Anspruch 17, mit dem weiteren Schritt des Versetzens des Anschwänzwassers mit einem Inertgas. Verfahren zum Bierbrauen mit den Schritten: Fördern von Würze zu einem Würzekühler; Kühlen der geförderten Würze in dem Würzekühler; Ausschieben der gekühlten Würze am Ende des Kühlschritts mit Wasser; und Kühlen von Warmwasser in dem Würzekühler, um relative sauerstoffarmes gekühltes Warmwasser zu erhalten.