DE202022100933U1

DE202022100933U1 - Brauvorrichtung und Brausystem zur Steuerung eines Gärprozesses

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Publication number: DE202022100933U1
Application number: DE202022100933.3U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-02-18
Filing date: 2022-02-18
Publication date: 2023-05-22
Anticipated expiration: 2032-02-19

Abstract

Brauvorrichtung (100) zum Gären eines flüssigen Braustoffes in einem Gärprozess, aufweisend
- einen Flüssigkeitstank (200) zur Aufnahme des flüssigen Braustoffes;
- eine Kühlvorrichtung (300) zur Kühlung des flüssigen Braustoffes, aufweisend
◯ ein Kühlaggregat (310) zum Kühlen eines Kühlmediums, und
◯ einen Durchlaufkühler (320) zur Kühlung des Braustoffes mittels des gekühlten Kühlmediums;
- eine Messvorrichtung (400) zur Messung von Gärparametern des in dem Flüssigkeitstank (200) enthaltenen Braustoffes während des Gärprozesses, wobei aus wenigsten einem der Gärparameter die Stammwürze bestimmbar ist; sowie
- eine Steuereinheit (500), welche mit der Messvorrichtung (400) derart funktional verbunden ist, um die Prozessgeschwindigkeit des Gärprozesses mittels automatisierter Steuerung der Kühlvorrichtung (300) basierend auf wenigstens dem einen Gärparameter zu steuern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brauvorrichtung für die Durchführung eines Gärprozesses eines flüssigen Braustoffes, aufweisend einen Flüssigkeitstank, ein Kühlaggregat sowie eine Regel- und Steuereinrichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Brausystem, welches wenigstens zwei der vorgenannten Brauvorrichtungen aufweist.
Als Brauverfahren werden üblicherweise solche Prozesse bezeichnet, welche zur Herstellung von Bier oder anderer vergärbarer Flüssigkeiten dienen. Im Speziellen in Deutschland werden zum Brauen von Bier als Zutaten Wasser, Malz und Hopfen verwendet. Auf dem Weg zum fertigen Brauprodukt durchlaufen die Zutaten unterschiedliche Prozessschritte.
So wird bspw. Hopfen in einer sogenannten „Würzepfanne“ zu anderen bereits zuvor verarbeiteten Zutaten gegeben und dort für etwa eine Stunde gekocht. Nach dem Kochen werden Trübstoffe aus der Lösung entfernt, ehe die sogenannte „Würze“ im sogenannten „Würzekühler“ von einer Temperatur von etwa 95°C auf etwa 6°C bis 18°C innerhalb kurzer Zeit (zum Beispiel innerhalb einer Stunde) abrupt heruntergekühlt wird.
Zur Erzeugung des Alkoholgehalts und der Kohlensäure in dem Getränk wird dem Gemisch in einem weiteren Prozessschritt Hefe zugesetzt. Die Hefe bewirkt, dass der in dem Gemisch enthaltene Zucker in Alkohol und Kohlensäure unter Abgabe von Energie (bspw. in Form von Wärme) umgewandelt wird. Dieser exotherme Umwandlungsprozess, der als Fermentation oder Gären (im Folgenden „Gärprozess“) bezeichnet wird, wird in der Regel in temperaturkontrollierten Gärbottichen oder Gärtanks durchgeführt und dauert in etwa vier bis acht Tage, ehe das Bier eingelagert werden kann. Dabei müssen je nach Art der verwendeten Hefe während des Gärprozesses bestimmte Temperaturen eingehalten werden, um die Umwandlung zu begünstigen und gezielt bestimmte Endprodukte zu erhalten. So werden bspw. sogenannte „obergärige Hefen“ bei Prozesstemperaturen von 15°C bis 28°C und sogenannte „untergärige Hefen“ bei Temperaturen von 6°C bis 10°C eingesetzt.
Die beim Gären ablaufenden organischen Prozesse und Reaktionen sind komplex und bedeutend für Qualität, Geschmack und Bekömmlichkeit des Endproduktes. So kann bspw. ein zum falschen Zeitpunkt oder mit einer falschen Geschwindigkeit ablaufender Prozess den Erfolg des Gärprozesses mindern. Entsprechend sind die Anforderungen, die an die Kontrolle und die Steuerung des Gärprozesses gestellt werden, hoch.
Im Stand der Technik ist es oftmals gängige Praxis, dass zur Kontrolle und Überwachung des Gärprozesses vom Braumeister täglich eine Probe der Gärflüssigkeit aus dem Gärtank mittels einer von Hand eingetauchten Spindel entnommen wird. Der Braumeister kann mittels der Probe den Zuckergehalt und damit den Fortschritt und Stand des Gärverfahrens, den sogenannten Vergärungsgrad, bestimmen. Das Ende des Gärprozesses erkennt der Braumeister üblicherweise daran, wenn im Verlauf des Gärprozesses der Zuckergehalt in der Gärflüssigkeit auf ein nahezu unveränderliches Plateau an Restzucker abfällt. Zur Ermittlung des Vergärungsgrads kann die Probe bspw. in einem Labor mittels eines Refraktometers auf den Gehalt an (Rest-)Zucker in der Gärflüssigkeit untersucht werden.
Der Braumeister kann anhand des Werts des Zuckergehaltes den tatsächlichen Gärfortschritt ermitteln und diesen mit einem gewünschten Sollzustand (z.B. Erfahrungswert) vergleichen. Anhand des Vergleichsergebnisses kann die Gärgeschwindigkeit bspw. durch Verändern der Kühlung der Gärflüssigkeit im Gärtank angepasst werden. So kann ein zu langsam ablaufender Gärprozess durch eine Temperaturerhöhung beschleunigt werden. Entsprechend kann ein zu schnell ablaufender Gärprozess durch eine Temperatursenkung verlangsamt werden. Auch besteht die Möglichkeit, Einfluss auf den Gärprozess durch Zugabe einer zusätzlichen Hefemenge zu nehmen.
Dieses aus dem Stand der Technik bekannte Vorgehen weist jedoch verschiedene Nachteile auf. Das manuelle Vorgehen hat bspw. Konsequenzen für die Reproduzierbarkeit des Brauergebnisses, da die Probeentnahme je nach Braumeister unterschiedlich durchgeführt wird. Die so gewonnenen Brauerzeugnisse können folglich (je nach Charge oder Braumeister) untereinander stark variierende Eigenschaften aufweisen, so dass das aus dem Stand der Technik bekannte Vorgehen für Großanlagen ungeeignet ist. Ferner beruhen Qualität, Geschmack und Zusammensetzung unter anderem darauf, dass die entnommene Probe repräsentativ für den aktuellen Gärzustand der gesamten Gärflüssigkeit ist und zu einem geeigneten Zeitpunkt entnommen wurde. Mit dem bekannten Vorgehen können lokale oder zeitliche Variationen (Ausreißer) der Zusammensetzung der entnommenen Gärflüssigkeit nur schwer erkannt werden. Da zusätzlich die Ermittlung des Zuckergehalts stets mit einem Zeitverzug verbunden ist, also eine Steuerung des Gärprozesses stets lediglich mittels in der Vergangenheit erhobenen Daten erfolgen kann, wird eine Korrektur des Gärprozessverlaufs erschwert. Hierbei ist zu beachten, dass aufgrund der hohen Dynamik der Gärprozesse eine dynamische Steuerung des Gärprozessverlaufs erforderlich ist und dass Steuerungsvornahmen das Gesamtsystem der Gärflüssigkeit oft non-linear beeinflussen. Mit dem manuellen Vorgehen kann eine derartige Steuerung jedoch nicht umgesetzt werden.
Des Weiteren stellen eine inhomogene Zusammensetzung der Gärflüssigkeit im Gärtank, deren Konsistenz und Trübung besondere Herausforderungen an die Probenentnahme und verwendete Messtechnik. So lagern sich bspw. organische Substanzen, wie Eiweiß oder Hefe, bevorzugt an Wandungen ab und verhindern so eine einfache Bestimmung des Zuckergehalts im Gärtank mittels Refraktometer. Ferner bedeutet jeder Eingriff von außen in den Gärtank zugleich eine Störung der ablaufenden Gärprozesse. So besteht ein Risiko, beim Entnehmen einer Probe Fremdsubstanzen und Verunreinigungen in die Gärflüssigkeit einzubringen. Das Erzeugen von Druckunterschieden oder Verwirbelungen in der Gärflüssigkeit kann zudem eine Entgasung der Gärflüssigkeit oder ein Durchbrechen von sich in der Gärflüssigkeit gebildeter Sedimentschichten hervorrufen.
Es wird somit deutlich, dass die aus dem Stand der Technik bekannte Steuerung und Regelung des Gärprozesses eine Vielzahl unterschiedlicher Nachteile aufweist.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Brauvorrichtung und ein Brausystem bereitzustellen, welche diese Nachteile jeweils überwinden. Ferner ist es ein Ziel der Erfindung, eine Brauvorrichtung und ein Brausystem bereitzustellen, die jeweils in der Lage sind, die Vergärung und Reifung des Bieres prozessschonend, dynamisch, automatisiert und mit einer hohen Genauigkeit durchzuführen, um derart Gärprozesse bspw. ohne vom Bediener vorgenommene Probenentnahmen, Analysen und Bewertungen zu steuern.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Hierzu stellt die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt eine Brauvorrichtung zum Gären eines flüssigen Braustoffes in einem Gärprozess bereit. Die Brauvorrichtung weist einen Flüssigkeitstank zur Aufnahme des flüssigen Braustoffes auf. Die Brauvorrichtung weist ferner eine Kühlvorrichtung zur Kühlung des flüssigen Braustoffes auf. Die Kühlvorrichtung weist ein Kühlaggregat zum Kühlen eines Kühlmediums und einen Durchlaufkühler zur Kühlung des Braustoffes mittels des gekühlten Kühlmediums auf. Die Brauvorrichtung weist zudem eine Messvorrichtung zur Messung (vorzugsweise zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Messung) von Gärparametern des in dem Flüssigkeitstank enthaltenen Braustoffes während des Gärprozesses auf. Hierbei ist aus wenigsten einem der (mit der funktional integrierten Messvorrichtung gemessenen) Gärparameter die Stammwürze bestimmbar. Zudem weist die Brauvorrichtung eine Steuereinheit auf, welche mit der Messvorrichtung derart funktional verbunden ist, um die Prozessgeschwindigkeit des Gärprozesses mittels automatisierter Steuerung der Kühlvorrichtung basierend auf wenigstens dem einen Gärparameter zu steuern.
Mit anderen Worten: es kann somit eine Brauvorrichtung bereitgestellt werden, die eine von der Einflussnahme eines Bedieners unabhängige und somit (voll-)automatisierte Steuerung eines Gärprozesses ermöglicht.
Hierzu weist die Brauvorrichtung einen Flüssigkeitstank (bspw. einen Gärtank) auf, in dem ein flüssiger Braustoff aufgenommen werden kann. Bei dem Braustoff kann es sich bspw. um unvergorene Bierwürze unmittelbar vor der Vergärung (sogenannte „Anstellwürze“) handeln. Der flüssige Braustoff kann bspw. eine Temperatur im Bereich von ca. 8° Celsius bis 30° Celsius aufweisen, wobei die Temperatur u.a. von der Art des flüssigen Braustoffs abhängen und ggf. auch unterhalb oder oberhalb des beispielhaften Wertebereichs liegen kann. Der flüssige Braustoff kann vorzugsweise zur Herstellung von (unfiltriertem) Bier geeignet sein.
Durch Bereitstellen der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung kann zu jeder Zeit und bevorzugt kontinuierlich oder auch diskontinuierlich Einfluss auf den Gärprozess des Braustoffes genommen werden, da die von dem Braustoff während des Gärprozesses abgegebene Wärme mittels des Durchlaufkühlers (bspw. ein Mantelkühler) von dem Kühlmedium abtransportiert werden kann. Im Kälteaggregat kann bspw. die Wärmeaufnahmefähigkeit des Kühlmediums durch Erzeugung von Kälte zum Kühlen des Kühlmediums wiederhergestellt werden.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung ermöglicht es, während des Gärprozesses chemische und/oder physikalische Größen für die Bestimmung des Zustands des in dem Flüssigkeitstank enthaltenen Gärstoffes im Gärprozess zu ermitteln; dies bevorzugt kontinuierlich bzw. zeitlich fortlaufend (bspw. stetig / ununterbrochen / etc.) oder auch diskontinuierlich bzw. zeitlich diskret (bspw. in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen / etc.). Somit kann die Genauigkeit und Aktualität der Daten insbesondere gegenüber der bekannten manuellen Messung deutlich erhöht werden. Die Messvorrichtung kann vorzugsweise ein Messsystem zur zeitlich fortlaufenden bzw. kontinuierlichen oder zeitlich diskreten bzw. diskontinuierlichen Messung von Gärparametern sein. Aus wenigstens einem dieser Gärparameter kann die Stammwürze des Braustoffes bestimmt werden. Im Unterschied zum Stand der Technik ist folglich eine händische Entnahme von Flüssigkeitsproben und deren davon losgelöste labortechnische Untersuchung durch den Bediener nicht weiter erforderlich.
Allgemein kann dabei bspw. unter dem Begriff „Stammwürze“ die Gesamtheit der aus Malz und Hopfen in Wasser gelöster Substanzen vor der Vergärung verstanden werden. Die Substanzen können bspw. Stärken, wie Malzzucker oder Maltose, aber auch Eiweißbestandteile und weitere organische Bestandteile aufweisen. Durch die Stammwürze kann somit bspw. eine Extraktkonzentration in der unvergorenen Bierwürze unmittelbar vor der Vergärung angegeben werden. Für die Stammwürze existieren verschiedene Einheiten, wie bspw. das „Grad Plato“, welches den Massenanteil an gelösten Substanzen in Gewichtsprozent angibt. Alternativ oder zusätzlich kann die Stammwürze auch in der Einheit „Grad Balling“ oder „Balling-Prozent“ angegeben werden, wodurch ein unmittelbarer Zusammenhang mit dem Zuckergehalt des Braustoffes angeben wird. Des Weiteren kann der (prozentuale) Zuckergehalt auch als „Grad Brix“ oder „Brix-Prozent“ angegeben werden.
Die erfindungsgemäße Steuereinheit ermöglicht es ferner, die Ablaufgeschwindigkeit des Gärprozesses mittels der Kühlvorrichtung derart definiert zu beeinflussen, dass der Gärprozess mit einer gewünschten Prozessgeschwindigkeit verläuft. Bevorzugt kann die Steuereinheit eine Vorrichtung zum Steuern und/oder Regeln sein. So kann die Steuereinheit bspw. durch Steuern und/oder Regeln der Gärparameter den Prozess starten (z.B. durch Zugabe von Hefe, Bereitstellen von Sauerstoff und einer (max/min) Temperatur), verlangsamen oder beenden (z.B. durch erhöhte Prozesswärmeabführung) und/oder beschleunigen (z.B. durch verminderte Prozesswärmeabführung). Dabei kann mittels der erfindungsgemäßen funktionalen Verbindung zur Messvorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung die in wenigstens dem einen Gärparameter aber auch mehreren der Gärparameter enthaltene Information verwendet werden. Eine funktionale Verbindung kann dabei bspw. als eine zum Bereitstellen dieser Funktion notwendige mechanische und/oder (rein) signaltechnische Verbindung verstanden werden. Damit wird es möglich, den Gärprozess zustandsbasiert zu steuern (und/oder zu regeln), so dass schnell und adäquat auf sich rasch und/oder non-linear ändernde Prozessverläufe reagiert werden kann. Die Prozessgeschwindigkeit (Ablaufgeschwindigkeit) kann dabei bspw. als Maß oder Größe dafür verstanden werden, wie viele Teilchen einer Substanz in einem bestimmten Volumen pro Zeit in einer während eines Gärprozesses ablaufenden Reaktion umgesetzt werden. So kann bspw. die zeitliche Änderung der Extraktkonzentration oder des Zuckergehalts der Würze als Prozessgeschwindigkeit verstanden werden. Jedoch ist es auch vorstellbar, dass die Prozessgeschwindigkeit alternativ oder zusätzlich durch andere Parameter bestimmt wird.
Somit ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Brauvorrichtung kann die Messvorrichtung gegenüber dem Flüssigkeitstank derart vorgesehen sein, dass der oder die zur Bestimmung der Stammwürze erforderlichen Gärparameter vorzugsweise kontinuierlich oder diskontinuierlich aus dem in dem Flüssigkeitstank enthaltenen Braustoff messbar ist bzw. sind.
Mit einer derartigen vorteilhaften Anordnung der Messvorrichtung relativ zu dem Flüssigkeitstank wird eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Messung (z.B. wenigstens eine oder mehr (bspw. sechs) Messungen pro Stunde, bevorzugt wenigstens 12 oder 60 Messungen pro Stunde) von Gärparametern mittels der Messvorrichtung möglich. Die (bevorzugt kontinuierliche oder diskontinuierliche) Messung der Gärparameter mittels der integrierten und mit der Steuereinheit funktional verbundenen Messvorrichtung ermöglicht kurze Reaktions- und Regelzeiten, so dass dynamisch auf Änderungen im Prozessverlauf reagiert werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit und/oder die Messvorrichtung derart eingerichtet sein, dass die Stammwürze basierend auf wenigstens dem einen Gärparameter aus dem in dem Flüssigkeitstank enthaltenen Braustoff bestimmbar ist (oder bestimmt wird).
Durch die vorgenannte vorteilhafte Ausgestaltung wird eine unmittelbare Bestimmung der Stammwürze durch die Brauvorrichtung ermöglicht, so dass die Ergebnisse der Bestimmung direkt zur Steuerung und/oder Regelung des Gärprozesses verwendet werden können. Derart kann unter anderem auch eine kontinuierliche bzw. diskontinuierliche Steuerung bzw. Regelung mittels der Steuereinheit erreicht werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Brauvorrichtung kann die Steuereinheit zur Steuerung der Prozessgeschwindigkeit des Gärprozesses derart konfiguriert sein, dass sie eine Kühlleistung des Kühlaggregats zur Kühlung des Kühlmediums in Abhängigkeit von wenigstens einem der gemessenen Gärparameter und/oder der Stammwürze vorzugsweise kontinuierlich oder diskontinuierlich steuert (und/oder regelt). Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit zur Steuerung der Prozessgeschwindigkeit des Gärprozesses derart eingerichtet sein, dass sie eine Durchlaufgeschwindigkeit des durch den Durchlaufkühler geleiteten Kühlmediums in Abhängigkeit wenigstens eines der gemessenen Gärparameter und/oder der Stammwürze vorzugsweise kontinuierlich oder diskontinuierlich steuert.
Somit wird eine direkte und einfache Steuerung der Temperatur des Braustoffes mittels der Anpassung von Stellparametern der Kühlvorrichtung erreicht. Dadurch kann die Prozessgeschwindigkeit des Gärprozesses automatisiert und definiert eingestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Brauvorrichtung kann wenigstens der Flüssigkeitstank, die Kühlvorrichtung und die Messvorrichtung als eine zusammenhängende, transportable Einheit bereitgestellt sein. Vorzugsweise kann an dem Flüssigkeitstank die Kühlvorrichtung, die Messvorrichtung und/oder die Steuereinheit unmittelbar befestigt sein.
Gemäß der Erfindung kann dabei unter einer „zusammenhängenden, transportablen Einheit“ verstanden werden, dass die besagten Komponenten (z.B. Flüssigkeitstank, Kühlvorrichtung, Messvorrichtung) so miteinander verbunden sein können, dass sie als ein (einziges, zusammenhängendes) Teil transportiert werden können. So können bspw. die besagten Komponenten werksseitig bereits betriebsfertig als eine Einheit montiert und vor Ort mit minimalem Aufwand (bspw. Anschluss an das bestehende Rohrnetz und/oder Stromnetz) einfach in Betrieb genommen werden. Auch kann so die gesamte Brauvorrichtung bereits vor der Lieferung an den Kunden fertig montiert und getestet werden, und damit bspw. als eine probegelaufene Einheit geliefert werden. Dabei ist es auch vorstellbar, dass bspw. gemäß einer derartigen Ausgestaltung die gesamte Brauvorrichtung derart dimensioniert wird, dass sie betriebsfertig montiert und bevorzugt in standardisierten Transportvorrichtungen, wie bspw. einem ISO-Container, transportiert werden kann. Unter einer zusammenhängenden, transportablen Einheit kann ferner (zusätzlich oder alternativ) auch verstanden werden, dass die besagten Komponenten zu Transportzwecken gegebenenfalls in Subeinheiten aufgeteilt werden und erst am Betriebsort zu einer zusammenhängenden, transportablen Einheit zusammengesetzt werden. In jedem Fall wird dabei jedoch grundsätzlich eine direkte physische Verbindung (d.h. eine relativ zueinander fixe Kopplung zweier Elemente) der jeweiligen Komponenten wenigstens nach Inbetriebnahme und insbesondere während des Betriebs vorausgesetzt, die bevorzugt über einen bloßen (Strom-/Stofffluss-)Anschluss hinausgeht. Das bedeutet bspw., dass bei Bewegen einer der beiden Komponenten die entsprechend andere Komponente ebenfalls mitbewegt werden würde.
Dadurch wird es möglich, eine Brauvorrichtung als eine Einheit zur Verfügung zu stellen, die einfach transportiert und bewegt werden kann. Die Brauvorrichtung enthält dabei bereits die für den Gär- und Lagerprozess wichtigsten Bauteile, die sofort funktionsfähig und einfach in bestehende Brauanlagen integrierbar sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Brauvorrichtung kann die Messvorrichtung mit dem Flüssigkeitstank zusammen ein geschlossenes Stoffsystem bilden.
Unter einem geschlossenen Stoffsystem kann dabei insbesondere ein System verstanden werden, bei dem keine Masse und lediglich Arbeit (bspw. Wärme) mit der Umgebung ausgetauscht wird; also ein System, bei dem bspw. die (bspw. eingangsabgefüllte) Braustoffmaterie (bevorzugt ab einem definierten Zeitpunkt) erhalten und konstant bleibt.
Somit kann eine Brauvorrichtung und Steuerung des Gärprozesses erreicht werden, bei der für die Messung der Gärparameter kein Braustoff den Flüssigkeitstank verlässt oder in den Flüssigkeitstank unerwünscht eindringt. Dadurch kann das Risiko des Einbringens von Verunreinigungen in den Braustoff oder das Aufwirbeln und Entgasen von sich in dem Braustoff gebildeten Schichten verringert werden, da die Konfiguration aus Messvorrichtung und Flüssigkeitstank dies verhindert. Zudem verbessert sich die Ausbeute aus dem Braustoff.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Brauvorrichtung kann die Messvorrichtung eine Messeinrichtung aufweisen. Die Messeinrichtung kann bspw. eine Messleitung mit einer Messeinheit zur Messung der Gärparameter des in die Messleitung geleiteten Braustoffes aufweisen. Bevorzugt kann die Messeinheit wenigstens den Gärparameter, aus welchem die Stammwürze des Braustoffes bestimmbar ist, messen. Die Messleitung kann einen Einleitabschnitt zum Einleiten von Braustoff aus dem Flüssigkeitstank in die Messleitung und einen Ausleitabschnitt zum Rückführen des in die Messleitung eingeleiteten Braustoffes in den Flüssigkeitstank aufweisen. Besonders bevorzugt kann die Messleitung bspw. ein Rohr mit einem Rohrdurchmesser zwischen 5 mm und 50 mm, bevorzugt 10 mm aufweisen. Die Anmeldung ist hierauf jedoch nicht beschränkt, und der Rohrdurchmesser der Messleitung kann beliebig gewählt werden und bei Bedarf auch unterhalb oder oberhalb des genannten Wertebereichs liegen. Die Messeinrichtung kann ferner eine vorzugsweise steuerbare Fördervorrichtung zum Fördern von Braustoff durch die Messleitung von dem Einleitabschnitt zu dem Ausleitabschnitt aufweisen. Besonders bevorzugt kann die Fördervorrichtung bspw. eine Pumpe, bevorzugt eine Schlauchpumpe, eine Kolbenpumpe, eine Zentrifugalpumpe, eine Volumenpumpe oder jegliche andere Art geeigneter Pumpen sein. Die Messeinrichtung kann über den Einleitabschnitt und den Ausleitabschnitt mit dem Flüssigkeitstank (bevorzugt mit einer Außenwand des Flüssigkeitstanks) mechanisch und/oder fluidisch verbunden sein.
Besonders bevorzugt kann die Messleitung wenigstens ein vorzugsweise steuerbares Ventil zur Steuerung des durch die Messleitung strömenden Braustoffvolumens aufweisen. Das Ventil kann dabei an dem Einleitabschnitt und/oder dem Ausleitabschnitt vorgesehen sein.
Besonders bevorzugt kann die Fördervorrichtung in der Messleitung vorgesehen sein. Ferner kann die Fördervorrichtung zwischen dem Einleitabschnitt und dem Ausleitabschnitt vorgesehen werden. Bevorzugt kann die Messeinheit zwischen der Fördervorrichtung und dem Ausleitabschnitt angeordnet sein. Alternativ kann die Messeinheit zwischen dem Einleitabschnitt und der Fördervorrichtung oder in der Fördervorrichtung angeordnet sein.
Mit den vorgenannten Konfigurationen ist es bspw. jeweils möglich, während des Gärprozesses eine kleine Menge an Braustoff aus dem Flüssigkeitstank zu der Messeinheit zu fördern, messtechnisch zu analysieren und wieder zurück in den Flüssigkeitstank zu leiten. Dabei kann insbesondere durch den Transport der Flüssigkeit erreicht werden, dass der Braustoff an der Messeinheit fortlaufend vorbeifließt und somit eine für die Messung vorteilhafte Durchmischung der in dem Braustoff enthaltenen Substanzen aufweist. Somit kann eine repräsentative und genaue Bestimmung der Gärparameter und insbesondere der Stammwürze erreicht werden, die lokale Variationen ausgleichen kann. Die Bewegung des Braustoffes reduziert dabei ferner das Risiko, dass Substanzen sich an der Messeinheit ablagern. Die Verwendung einer Schlauchpumpe für die Förderung ermöglicht einen besonders prozessschonenden und hygienischen Transport von Braustoff, da diese Pumpenart lediglich geringe Druckunterschiede und Verwirbelungen hervorruft. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt, sondern es sind grundsätzlich alle Arten von Pumpen denkbar, von denen einige beispielhaft zuvor genannt sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Messeinrichtung (vorzugsweise deren Einlass- und Ausleitabschnitt) an einem unteren Abschnitt des Flüssigkeitstanks, bevorzugt in einem unteren Drittel des Flüssigkeitstanks, angeordnet und/oder befestigt sein. Dabei kann die Richtungsangabe „unten“ bezüglich der (üblichen) Betriebsorientierung des Flüssigkeitstanks (bspw. in Richtung der Erdanziehungskraft) verstanden werden.
Diese Ausgestaltung ermöglicht es, Braustoff aus tieferliegenden Schichten abzupumpen, in denen eine repräsentative Menge an Substanzen für die Analyse vorliegen. Somit kann eine Erhöhung der Aussagekraft der Messergebnisse bei zugleich prozessschonendem Betrieb erreicht werden während zugleich der auf der Flüssigkeit ruhende Druck das Risiko einer unerwünschten Entgasung verringert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Messleitung wenigstens einen, bevorzugt zwei gekrümmte Abschnitte, welche bevorzugt über die Fördervorrichtung miteinander verbunden sein können, aufweisen. Vorzugsweise können dabei der oder die gekrümmten Abschnitte jeweils durch einen abgewinkelten Rohrbogen (z.B. 90° DEG Rundrohbogen) gebildet sein.
Dadurch wird es möglich, die Messvorrichtung durch einfache und tragfähige Bauteile bereitzustellen und an den Flüssigkeitstank vorteilhaft anzuschließen. Zudem kann durch die Krümmung eine turbulente Strömung in der Messleitung erzeugt werden, die auf einfache Weise für eine gute Durchmischung der Flüssigkeit vor der Messung sorgen kann. Zugleich verliert die Flüssigkeit dabei an Energie, so dass das Zurückführen in den Flüssigkeitstank schonender erfolgen kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Messeinheit in dem oder einem der gekrümmten Abschnitte angeordnet sein. Dabei kann die Messeinheit in dem oder einem der gekrümmten Abschnitte derart angeordnet werden, dass der Braustoff entlang seiner Fließrichtung auf einen vorzugsweise flächigen Messabschnitt der Messeinheit unter einem definierten Winkel trifft. Bevorzugt kann der von der Fließrichtung mit dem Messabschnitt eingeschlossene Winkel zwischen 10° DEG bis 170° DEG, bevorzugt zwischen 20° DEG bis 130° DEG, weiter bevorzugt 65° DEG, sein.
Die vorgenannte Ausgestaltung ermöglicht eine hydrodynamische Reinigung der Messeinheit durch die Anströmung mit dem Messsubstrat. Insbesondere wird durch die Anströmung der Messfläche unter einem Winkel ein Druck aufgebaut, durch den Substanzen, die an der Messfläche der Messeinheit anhaften würden, sich effektiv entfernt lassen. Der Anströmwinkel kann dabei auch bspw. dadurch erreicht werden, in dem die Messeinheit in einem der 90°Rundrohrbögen angeordnet wird. Damit können die Effekte einer turbulenten Strömung, die bspw. aufgrund der Krümmung in diesem Abschnitt ohnehin auftreten, verstärkt werden und somit die Reinigungswirkung erhöht werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Leitungsabschnitt unmittelbar vor der Messeinheit auch entsprechend konstruktiv angepasst werden, um ähnliche derartige Effekte hervorzurufen. So können bspw. abgerundete Übergänge oder eine Änderung des Leitungsquerschnitts (bspw. eine Verengung) oder Krümmungsänderung einen zusätzlichen Druckunterschied hervorrufen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Brauvorrichtung kann die Messvorrichtung als eine zusammenhängende, transportable Einheit vorgesehen (und/oder ausgebildet sein).
Somit ist es möglich, die Messvorrichtung einfach an dem Flüssigkeitstank vorzusehen oder auszutauschen. Alternativ oder zusätzlich ist es mit dieser Konfiguration möglich, bestehende Brauanlagen mit einer entsprechenden Messvorrichtung nachzurüsten. Des Weiteren kann die Messvorrichtung nahezu beliebig an oder in dem Flüssigkeitstank angeordnet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Brauvorrichtung kann die Messvorrichtung (die Messeinheit) ein Saccharimeter, ein Schwinggabeldichtemessgerät, ein Refraktometer oder vergleichbare (Dichte-)Messgeräte aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Messvorrichtung ferner einen oder mehrere der nachfolgenden Sensoren aufweisen:

einen Drucksensor zur Messung des Innendrucks des Flüssigkeitstanks, einen Gas-Sensor zur Konzentrationsbestimmung von gasförmigen Substanzen, wie bspw. CO₂, und/oder einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur des Braustoffes. Der Drucksensor kann bspw. in dem Flüssigkeitstank (an einem oberen Abschnitt) angeordnet sein. Natürlich kann die Messvorrichtung auch weitere hier nicht genannte Sensoren aufweisen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Brauvorrichtung können die Gärparameter ferner eine Zuckerkonzentration des Braustoffes, eine Temperatur des Braustoffes, die Dichte des Braustoffes, und/oder eine in dem Braustoff auftretende (gebundene) Gaskonzentration aufweisen. Die Gärparameter können auch weitere hier nicht genannte physikalische oder chemische Größen sein.
Somit kann eine Vielzahl physikalischer und chemischer Größen messtechnisch bestimmt und dadurch die Genauigkeit und Sensitivität der Gärprozesssteuerung erhöht werden. Durch die automatisiert erfolgende messtechnische Erfassung und Auswertung kann dabei schnell und reproduzierbar durch die Steuereinheit die Umsetzung der erfassten Informationen in eine Regel- bzw. Steuerungsanweisung erfolgen. Dies erhöht die Reproduzierbarkeit und Qualität der aus dem Gärprozess erhaltenen Brauprodukte.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Brauvorrichtung kann die Steuereinheit mit der Messvorrichtung, mit der Kühlvorrichtung und/oder mit dem Flüssigkeitstank signaltechnisch verbunden sein. Die signaltechnische Verbindung kann dabei kabellos oder drahtgebunden sein.
Dies erlaubt eine Übertragung von Mess- und Steuersignalen zwischen den Komponenten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Brauvorrichtung kann die Steuereinheit eine Eingabeeinheit zur Festlegung von Sollwerten für die Gärparameter aufweisen. Die Eingabeeinheit kann bspw. eine Eingabeschnittstelle oder ein Eingabegerät sein (bspw. RS232, Bluetooth, Computerkeyboard, Touchpad, etc.). Alternativ oder zusätzlich können mit der Eingabeeinheit Sollwerte für Prozessparameter des Gärprozesses festgelegt werden. Die Prozessparameter können dabei bevorzugt einen in dem Flüssigkeitstank momentan auftretenden Innendruck und/oder eine bereits verstrichene Gärzeit umfassen.
Prozessparameter können bspw. als für den Gärprozess relevante physikalische und/oder chemische (Kenn-)Größen verstanden werden, die bevorzugt nicht auf den Braustoff selbst bezogen sind, sondern bspw. Umgebungsgrößen oder Nebenprodukte beschreiben.
Grundsätzlich ist es auch vorstellbar, dass Gärparameter Prozessparameter sein können (und vice versa).
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Brauvorrichtung kann die Steuereinheit eingerichtet sein, einen Gärparameter (bspw. Temperatur des Braustoffes) auf Basis eines anderen Gärparameters (bspw. dem Zuckergehalt und/oder der Stammwürze) durch Ausgabe eines Stellsignals an einen Sollwert anzupassen. Der Sollwert kann vorzugsweise zeit- und/oder temperaturabhängig sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Sollwert auch von einem oder mehreren der Gärparameter abhängig sein. So kann die Steuereinheit bspw. eingerichtet sein, die Prozessgeschwindigkeit des Gärprozesses basierend auf wenigstens einem Kennlinienfeld zur Umsetzung eines Braurezepts zu steuern. Hierbei kann das Kennlinienfeld vorzugsweise von einem Bediener (bspw. mittels der Eingabeeinheit) vorgebbar sein. Auch ist es denkbar, dass das Kennlinienfeld als vordefiniertes Kennlinienfeld bereitgestellt ist; bspw. auf einem Speicher der Brauvorrichtung bzw. der Steuerreinheit oder über diese von extern abrufbar, bspw. übers Internet oder von einem Server kabellos oder kabelgebunden. Ungeachtet der Herkunft des Kennlinienfeldes ist es auch denkbar, dass das Kennlinienfeld anpassbar ist; dies bevorzugt manuell durch einen Bediener oder auch automatisch, bspw. durch die Steuereinheit. Grundsätzlich ist es denkbar, dass mehrere Kennlinienfelder (bspw. für unterschiedliche Braurezepte) bereitgestellt sind, von denen die Steuereinheit oder ein Bediener nach Bedarf ein gewünschtes auswählen kann, auf Basis dessen die Steuereinheit den Gärprozess steuern kann. Ferner bevorzugt kann das Kennlinienfeld Kennlinien der Gärparameter und/oder der Prozessparameter aufweisen, welche temperaturabhängig, zeitabhängig und/oder von einem anderen Parameter (Gärparameter, Prozessparameter) abhängig sind. Vorzugsweise kann das Kennlinienfeld wenigstens die Temperatur des Braustoffes, die Stammwürze und den Innendruck des Flüssigkeitstanks in Abhängigkeit von der Zeit (vorzugsweise der verstrichenen Gärzeit) aufweisen. Bevorzugt kann es möglich sein, dass wenigstens einige der das Kennlinienfeld bestimmenden Parameter bzw. der Verlauf des Kennlinienfeldes - bevorzugt in definierten Grenzen - nach Bedarf angepasst bzw. justiert werden können/kann.
Somit wird es bspw. möglich, den Gärprozess parameter- und zustandsbasiert zu regeln und somit eine genaue Umsetzung eines Brau- bzw. Gärrezeptes zu ermöglichen. Ferner können verschiedene Rezepte und Gärprozesse auf der Steuereinheit gespeichert und automatisiert umgesetzt werden. So kann dieselbe Brauvorrichtung für eine Vielzahl unterschiedlicher (Bier-)Brauprodukte verwendet werden, die sich in ihren Gärverläufen voneinander unterscheiden. Somit wird die Versatilität der Brauvorrichtung mit kosteneffizienten Mitteln erhöht.
Ein Braurezept kann bspw. wenigstens die Vorgabe eines Soll-Temperatur-Verlaufs des Braustoffes, eines Soll-Würze-Verlaufes und einen Soll-Gehalt an in dem Braustoff gebundenen CO₂ aufweisen. Bevorzugt kann hierzu ein Zeitpunkt (basierend auf der Würze) und Druck festgelegt werden, zu dem ein Entweichen von Gas aus dem Flüssigkeitstank verhindert werden soll. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel und nicht als vollständige Aufzählung der Bestandteile eines Braurezepts anzusehen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Brauvorrichtung kann die Steuereinheit eingerichtet sein, bei Erreichen oder beim Überschreiten eines Sollwertes eines der Gärparameter und/oder der Stammwürze einen steuerbaren Aktor, wie bspw. ein steuerbares Überdruckventil des Flüssigkeitstanks, zu betätigen, also bspw. zu öffnen, zu schließen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Stellparameter des Aktors, wie bspw. ein Ablassdruck, bei dem sich das Überdruckventil öffnet, festgelegt werden. Alternativ oder zusätzlich kann dies natürlich auch entsprechend bei Erreichen eines Sollwertes eines der Prozessparameter erfolgen.
Somit kann entsprechend auf Prozessänderungen mit Regelmaßnahmen reagiert werden. So kann bspw. eine Festlegung des CO₂-Gehalts in dem Gärstoff während des Gärprozesses erfolgen, da die Menge an in dem Flüssigkeitstank befindlichem CO₂ festgelegt und entsprechend gesteuert wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Brauvorrichtung kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, den Verlauf der Gärparameter, der Stammwürze, und/oder, sofern vorhanden, der Prozessparameter zu protokollieren, zu speichern und/oder an eine mit der Steuereinheit verbundene Ausgabeeinheit auszugeben. Hierzu kann die Steuereinheit bspw. eine Kommunikationsschnittstelle, wie bspw. eine Internet-Schnittstelle, aufweisen.
Somit wird es möglich, den Verlauf des Gärprozesses zu dokumentieren und an den Benutzer (bspw. zur Analyse der Daten) auszugeben. Mittels der Ausgabeeinheit kann bspw. bei (deutlichen) Abweichungen von Sollwerten und/oder von dem Verlauf der Kennlinien eine Benachrichtigung an den Benutzer erfolgen. Mittels der Kommunikationsschnittstelle kann dann bspw. Kontakt mit einem technischen Support-Team oder den Herstellern von Ersatzteilen aufgenommen werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Brauvorrichtung kann der Durchlaufkühler als Kühltasche bzw. Mantelkühler ausgebildet sein. Bevorzugt kann die Kühltasche bzw. der Mantelkühler den Flüssigkeitstank wenigstens teilweise flächig kontaktierend umgeben. Der Flüssigkeitstank kann bevorzugt ein (steuerbares) Ventil zum Druckausgleich (bspw. ein Überdruckventil) aufweisen. Bevorzugt kann der Flüssigkeitstank ein zylindrokonischer Gärtank sein. Der Flüssigkeitstank kann ein Volumen von 0,1 m³ (100l) bis 1000 m³ (1000000l) aufweisen.
Diese Konfigurationen ermöglichen vorteilhafte Umsetzungen von Brau- und Gärprozessen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Brausystem zum Gären eines flüssigen Braustoffes. Das Brausystem weist wenigstens zwei der oben beschriebenen Brauvorrichtungen auf. Ferner weist das Brausystem eine Systemsteuereinheit zur automatisierten Steuerung der jeweiligen Gärprozesse in den Brauvorrichtungen auf, wobei die Steuerung auf den von den Messvorrichtungen erfassten Gärparametern basiert. Die Systemsteuereinheit kann dabei bevorzugt eine weitere Steuereinheit oder eine der Steuereinheiten der Brauvorrichtungen sein.
Dadurch kann ein modulares und beliebig erweiterbares Brausystem bereitgestellt werden, dessen Einheiten die jeweilig ablaufenden Gärprozesse wahlweise eigenständig oder in Abhängigkeit voneinander durchführen können. Hierbei weisen die einzelnen Elemente des Brausystems bereits alle notwendigen Komponenten zur Umsetzung eines automatisierten Gärprozesses auf. Mittels der Systemsteuereinheit kann dabei eine zentrale aber auch dezentrale Steuerung und Kontrolle der jeweiligen Brauvorrichtungen bereitgestellt werden. Somit wird durch das Brausystem eine flexible und erweiterbare Lösung zur automatisierten Steuerung mehrerer gleichzeitig ablaufender Gärprozesse bereitgestellt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Kühlaggregate der Brauvorrichtung jeweils eine Kälteleitung, mittels der gekühltes Kühlmedium zu dem Durchlaufkühler geleitet wird, und eine Rückleitung, mittels der aus dem Durchlaufkühler strömendes Kühlmedium zu dem Kühlaggregat geleitet wird, aufweisen. Die Kälteleitungen können dabei jeweils miteinander über eine erste Verbindungsleitung verbunden sein und die Rückleitungen können jeweils über eine zweite Verbindungsleitung miteinander verbunden sein, um derart eine Verbindung der Brauvorrichtungen zu einem Kältenetzwerk zu erreichen. Bevorzugt kann dabei wenigstens eine der Kälteleitungen, der Rückleitungen, der ersten Verbindungsleitung und/oder zweiten Verbindungsleitung ein steuerbares Ventil aufweisen, welches bevorzugt signaltechnisch mit der Systemsteuereinheit verbunden sein kann.
Dabei kann unter einem Kältenetzwerk bspw. die Zusammenschaltung einer beliebigen Anzahl Kälte-liefernder, Kälte-verbrauchender und Kälte-speichernder Vorrichtungen sowie Leitungen, wie bspw. Schläuche und/oder Rohre, verstanden werden, mittels denen die einzelnen Vorrichtungen netzartig verbunden sind. Dadurch wird es möglich, das gekühlte Kühlmedium (bspw. ein Kältemittel) wahlweise auch anderen Kälte-liefernden, Kälteverbrauchenden und/oder Kälte-speichernden Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen. Somit kann durch Zusammenschluss mehrerer kleiner Kühlaggregate eine insgesamt hohe Kühlleistung bereitgestellt werden, die je nach Bedarf von der Systemsteuereinheit an die Verbraucher verteilt werden kann.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Steuerung eines Gärprozesses, welches die folgenden Schritte aufweist:

Eine wie oben beschriebene Brauvorrichtung oder ein entsprechendes Brausystem zum Gären eines flüssigen Braustoffes in einem Gärprozess wird bereitgestellt. Gärparameter des in dem Flüssigkeitstank enthaltenen Braustoffes werden während des Gärprozesses (mittels der Messvorrichtung) (vorzugsweise kontinuierlich oder diskontinuierlich) gemessen, wobei aus wenigsten einem der Gärparameter die Stammwürze (der Zuckergehalt) des Braustoffes bestimmbar ist. Die Prozessgeschwindigkeit des Gärprozesses wird basierend auf wenigstens dem einen Gärparameter mittels automatisierter Steuerung der Kühlvorrichtung (von der mit der Messvorrichtung funktional verbundenen Steuereinheit) (bevorzugt automatisiert) gesteuert.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann zum Messen der Gärparameter Braustoff aus dem Flüssigkeitstank über den Einleitabschnitt der Messleitung in eine Messeinrichtung gefördert (mittels der Fördervorrichtung) werden. Vorzugsweise kann der in die Messleitung eingeleitete Braustoff in der Messleitung durchmischt werden ehe eine Messung der Gärparameter mittels der Messeinheit und Rückleitung des eingeleiteten Braustoffs über den Ausleitabschnitt zurück in den Flüssigkeitstank erfolgt.
Gemäß einer ferner bevorzugten Ausgestaltung kann die Stammwürze unmittelbar aus den erfassten Gärparametern, aus einer Umrechnung von Gärparametern mittels Formeln und/oder aus experimentellen Kennfeldern bestimmt werden. Bevorzugt kann diese Bestimmung mittels der Steuereinheit und/oder der Messvorrichtung durchgeführt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Steuerung der Prozessgeschwindigkeit durch Ausgabe eines Stellsignals an eine oder mehrere Stellgeräte (Aktoren) der Brauvorrichtung erfolgen. Beispiele für die Stellgeräte können die Kühlvorrichtung, das Überdruckventil des Flüssigkeitstanks, die Ausgabeeinheit, eine Warn- bzw. Signallampe und/oder ein Lautsprecher zur Benachrichtigung des Bedieners, ein Rechner (bspw. ein die Steuereinheit aufweisender Rechner) zur Ausgabe von Signalen bspw. über Monitore und/oder zur Ansteuerung der Steuereinheit, und/oder eine zentrale Steuereinheit und dergleichen mehr sein. Bevorzugt kann für die Ausgabe des Stellsignals das Überschreiten eines Grenzwertes für eine Abweichung des oder der gemessenen Gärparameter von einem oder mehreren vorgegebenen Sollwerten bestimmt werden.
Gemäß einer ferner bevorzugten Ausgestaltung kann in dem Verfahren ferner der Braustoff in den Flüssigkeitstank eingelassen und/oder aus diesem ausgelassen werden.
Weitere Ausgestaltungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den Figuren der begleitenden Zeichnungen erläutert. Für den Fall, dass Bezugszeichen nicht explizit in einer Figur gezeigt werden, um bspw. die Verständlichkeit der Darstellung zu erhöhen, kann nicht darauf geschlossen werden, dass die entsprechenden Merkmale nicht in der Figur vorhanden sind.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Brauvorrichtung gemäß der Erfindung.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Messvorrichtung gemäß der Erfindung.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Messvorrichtung gemäß der Erfindung.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Brausystems gemäß der Erfindung.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Brausystems gemäß der Erfindung.
6 zeigt eine Darstellung zeitlicher Verläufe verschiedener Gärparameter während eines Gärprozesses.

Die 1 bis 6 zeigen unterschiedliche Ansichten und Aspekte der Erfindung. Die 1 bis 5 zeigen dabei unterschiedliche Ausführungsbeispiele, Bestandteile und Aspekte einer erfindungsgemäßen Brauvorrichtung 100 zum Gären eines flüssigen Braustoffes in einem Gärprozess. Die 4 und 5 verdeutlichen ferner Ausführungsbeispiele und Aspekte eines erfindungsgemäßen Brausystems 700 zum Gären eines flüssigen Braustoffes. 6 zeigt beispielhafte zeitliche Verläufe von Gärparametern während eines Gärprozesses.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die vorgenannte Brauvorrichtung 100.
Die Brauvorrichtung 100 ist dazu geeignet (und eingerichtet), einen flüssigen Braustoff zu vergären.
Bevorzugt kann der Braustoff dabei eine inhomogene, flüssige Substanz sein. Beispielsweise kann es sich bei dem flüssigen Braustoff um eine vorgekühlte Flüssigkeit aus einem Würzekühler handeln. Ferner bevorzugt kann der flüssige Braustoff zur Herstellung von (unfiltriertem) Bier geeignet sein. Dabei kann bevorzugt der Braustoff bei der Befüllung eine maximale Temperatur von 30 Grad Celsius, vorzugsweise 20 Grad Celsius, ferner bevorzugt 8-10 Grad Celsius aufweisen. Es sind jedoch auch andere Temperaturen denkbar. So ist die vorliegende Erfindung auf keine(n) Temperatur oder Temperaturbereich beschränkt, sondern diese(r) liegt vielmehr im Belieben des Bedieners und steht bevorzugt in Abhängigkeit von dem flüssigen Braustoff. Es sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung zudem grundsätzlich auch andere vergärbare Flüssigkeiten und somit ggf. auch entsprechend andere Temperaturen denkbar.
Die Brauvorrichtung 100 weist einen Flüssigkeitstank 200 auf, um den flüssigen Braustoff aufzunehmen. Bei dem Flüssigkeitstank 200 kann es sich bspw. um einen (druckstabilen und/oder zylindrokonischen) Gärtank oder einen Lagertank handeln. Dies ist bspw. in den 1, 4 und 5 exemplarisch dargestellt. Ferner sind auch andere Behältnisse mit der Eignung zur Aufnahme des flüssigen Braustoffes denkbar. Der Flüssigkeitstank 200 kann ein Volumen von 0,1 m³ (100l) bis 1000 m³ (1.000.000l), beispielsweise 2.000l, aufweisen. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. So kann das Volumen des Flüssigkeitstanks 220 bspw. auch geringer sein (bspw. bei Laborbrauereien) oder höher liegen (bspw. bei „Gigabrauereien“). Bei dem Volumen kann es sich dabei um das Fassungs- bzw. Innenvolumen 202 des Flüssigkeitstanks 200 handeln. Bevorzugt kann das Innenvolumen 202 des Flüssigkeitstanks 200 von einer vorzugweise kontinuierlichen bzw. geschlossen umlaufenden Außenwand 201 umschlossen sein. Dies ist exemplarisch in den 1, 4 und 5 dargestellt. Bevorzugt kann der Flüssigkeitstank 200 ein steuerbares Ventil aufweisen. So kann der Flüssigkeitstank 200 bspw. ein Überdruckventil 210 aufweisen, das bevorzugt an einem (bzgl. einer Betriebsorientierung des Flüssigkeitstanks 200) oberen Abschnitt des Flüssigkeitstanks 200 vorgesehen sein kann. Das Überdruckventil 210 kann dabei bspw. einen Steueranschluss zum Empfang von Steuersignalen aufweisen. Die Brauvorrichtung 100 kann ferner einen Träger 290 zum Tragen des Flüssigkeitstanks 200 aufweisen. Dies ist bspw. in den 1, 4 und 5 dargestellt, in denen der Flüssigkeitstank 200 jeweils auf einen mit Füßen ausgestatteten Träger 290 gelagert ist.
Die Brauvorrichtung 100 weist ferner eine Kühlvorrichtung 300 zur Kühlung des flüssigen Braustoffes auf. Die Kühlvorrichtung 300 weist hierzu ein Kühlaggregat 310 zum Kühlen eines Kühlmediums sowie einen Durchlaufkühler 320 zur Kühlung des Braustoffes mittels des gekühlten Kühlmediums auf. Dies ist in den 1, 4 und 5 exemplarisch dargestellt. Aus den vorgenannten Figuren wird ferner beispielhaft deutlich, dass der Durchlaufkühler 320 bspw. als Kühltasche bzw. Mantelkühler ausgebildet sein kann, welche bevorzugt den Flüssigkeitstank 200 wenigstens teilweise flächig kontaktierend umgibt. Das Kühlmedium kann bspw. bevorzugt ein Kältemittel oder aber auch ein Kälteträger sein. Als Kältemittel können bspw. Ammoniak, Kohlenwasserstoffe oder Kohlenstoffdioxid verwendet werden. Als Kälteträger können bspw. Wasser, ein Glykol-Wasser-Gemisch oder mit Salzen angereichertes Wasser, sogenannte „Solen“, verwendet werden. Das Kühlaggregat 310 kann bspw. ein Wärmetauscher sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Kühlaggregat 310 einen Kältemittelkompressor zum Komprimieren eines Kältemittels, einen Kühlkondensator zum Kühlen des komprimierten Kältemittels und ein Entspannungsventil, mit dem das durch den Kühlkondensator gekühlte Kältemittel entspannt und somit weiter gekühlt wird, aufweisen. Beispielsweise kann das Kühlaggregat 310 eine Kälteleistung von wenigstens 7.500kJ (bzw. 1.800 kcal) aufweisen, wobei die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist. So kann die Kälteleistung bspw. vom Bedarf und der Tankgröße abhängig sein, und dann unter Umständen auch unterhalb des genannten Wertes liegen.
Die Brauvorrichtung 100 weist ferner eine Messvorrichtung 400 zur vorzugsweise kontinuierlichen oder diskontinuierlich Messung von Gärparametern während des Gärprozesses auf. Die Gärparameter beschreiben (beziehen sich auf/gehören zu) den in dem Flüssigkeitstank 200 enthaltenen Braustoff. Die Messvorrichtung 400 ist exemplarisch in den 1 bis 5 dargestellt.
Die Gärparameter, welche bspw. den momentanen Zustand des Braustoffes während des Gärprozesses beschreiben können, sind exemplarisch in 6 in ihren zeitlichen Verläufen dargestellt. So können die Gärparameter bspw. eine Zuckerkonzentration oder Dichte des Braustoffes, eine Temperatur des Braustoffes, eine in dem Braustoff auftretende (gebundene) Gaskonzentration, der Alkoholgehalt und/oder ein pH-Wert des Braustoffs sein. Im Unterschied hierzu können Prozessparameter bspw. prozessbegleitende Zustände beschreiben. Beispiele für Prozessparameter können die Konzentration eines Gases wie CO₂, welches als Beiprodukt der Gärung anfällt, im Flüssigkeitstank 200, eine bereits verstrichene Gärzeit und/oder ein in dem Flüssigkeitstank 200 momentan auftretender Innendruck sein.
Zur Bestimmung der Prozess- und/oder der Gärparameter kann die Messvorrichtung 400 eine Vielzahl an unterschiedlichen Sensoren aufweisen, welche bevorzugt in der Brauvorrichtung 100 angeordnet sind. So kann die Messvorrichtung 400 bspw. einen Drucksensor zur Messung des Innendrucks, einen Gas-Sensor zur Konzentrationsbestimmung von gasförmigen Substanzen, und/oder einen Temperatursensor zur Messung einer Temperatur aufweisen. Die Messvorrichtung 400 kann auch als ein Messsystem (bspw. mit verschiedenen Messstellen) ausgestaltet sein.
Aus wenigsten einem der von der Messvorrichtung 400 erfassten Gärparameter ist die Stammwürze bestimmbar.
Bevorzugt kann die Messvorrichtung 400 gegenüber dem Flüssigkeitstank 200 derart vorgesehen sein, dass der oder die zur Bestimmung der Stammwürze erforderlichen Gärparameter vorzugsweise kontinuierlich oder diskontinuierlich aus dem in dem Flüssigkeitstank 200 enthaltenen Braustoff messbar ist oder sind. Dabei kann die Messvorrichtung 400 vorzugsweise mit dem Flüssigkeitstank 200 ein geschlossenes Stoffsystem bilden. Derartige Anordnungen sind exemplarisch in allen Figuren dargestellt. Die 2 und 3 sind hierzu jedoch besonders geeignet, da in diesen Figuren die Fließrichtung des Braustoffes durch Pfeile angedeutet wird und so verdeutlicht werden kann, wie Braustoff bspw. kontinuierlich (oder ggf. auch diskontinuierlich) die Messvorrichtung 400 durchfließen kann und ein geschlossener Stoffkreislauf erreicht werden kann.
Die Messvorrichtung 400 kann bspw. eine Messeinrichtung 401 aufweisen. Die Messvorrichtung 400 und/oder die Messeinrichtung 401 kann mit dem Flüssigkeitstank 401 mechanisch und/oder fluidisch verbunden sein.
Die Messeinrichtung 401 ist exemplarisch in den 2 und 3 dargestellt. Die Messeinrichtung 401 kann bspw. eine (von dem Flüssigkeitstank 200 unabhängige) Messleitung 410 aufweisen. Die Messleitung 410 kann dabei bspw. von einem Rohr mit einem (kreisförmigen) Rohrdurchmesser zwischen 5 mm und 50 mm, bevorzugt 10 mm, gebildet werden, wobei auch beliebige andere Rohrdurchmesser denkbar sind. Dies ist exemplarisch in den 2 und 3 dargestellt. Die Messleitung 410 kann dabei einen Einleitabschnitt 411 zum Einleiten von Braustoff aus dem Flüssigkeitstank 200 in die Messleitung 410 und einen Ausleitabschnitt 412 zum Rückführen des in die Messleitung 410 eingeleiteten Braustoffes in den Flüssigkeitstank 200 aufweisen. Die Messeinrichtung 401 kann bspw. über den Einleitabschnitt 411 und den Ausleitabschnitt 412 mit dem Flüssigkeitstank 200 verbunden sein. Dies ist exemplarisch in den 1 und 3 bis 5 dargestellt, in denen die Messvorrichtung 400 (bzw. Messeinrichtung 401) mit der Außenwand 201 des Flüssigkeitstanks 200 mechanisch (fest und/oder lösbar) und fluidisch verbunden ist. Die Messeinrichtung 401 kann ferner eine vorzugsweise steuerbare Fördervorrichtung 420 zum Fördern von Braustoff durch die Messleitung 410 von dem Einleitabschnitt 411 zu dem Ausleitabschnitt 412 aufweisen.
Der Einlassabschnitt 411 und der Ausleitabschnitt 412 können dabei bevorzugt an einem unteren Abschnitt des Flüssigkeitstanks 200 über korrespondierende Anschlussabschnitte 241, 242 des Flüssigkeitstanks 200 befestigt werden. Generell kann die (Messvorrichtung 400) Messeinrichtung 401 jedoch auch unabhängig von der obigen Ausgestaltung in einem unteren Drittel des Flüssigkeitstanks 200 (bzgl. der Betriebsorientierung) angeordnet werden. Die Messleitung 410 kann bspw. durch wenigstens einen gekrümmten Abschnitt gebildet sein. In den 2 und 3 ist die Messleitung 410 exemplarisch von zwei gekrümmten Abschnitten gebildet, welche bevorzugt über die Fördervorrichtung 420 miteinander verbunden sind. Der oder die gekrümmten Abschnitte können jeweils durch einen abgewinkelten Rohrbogen (bspw. einen 90° DEG Rundrohbogen) gebildet werden. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass die Messleitung 410 mehr als die zwei gezeigten gekrümmten Abschnitte aufweisen kann.
Die Fördervorrichtung 420 kann bspw. eine Schlauch- oder Volumenpumpe sein. Hierzu kann die Fördervorrichtung 420 mit dem Ausleitabschnitt 412 über einen Verbindungsabschnitt 413 verbunden sein, der bspw. ein Schlauch oder ein Rohr sein kann.
Die Messeinrichtung 401 kann ferner bevorzugt eine Messeinheit 430 zur Messung der Gärparameter des in die Messleitung 410 geleiteten Braustoffes aufweisen. Hierbei kann die Messeinheit 430 bspw. in der Messleitung 410 vorgesehen sein. Bevorzugt bestimmt die Messeinheit 430 den oder die Gärparameter, aus denen bspw. die Stammwürze (und/oder der Zuckergehalt) des Braustoffes bestimmbar ist. Beispielsweise kann die Messeinheit 430 ein Saccharimeter, ein Schwinggabeldichtemessgerät oder ein Refraktometer sein.
Die Messeinheit 430 kann zwischen der Fördervorrichtung 420 und dem Ausleitabschnitt 412 und/oder zwischen dem Einleitabschnitt 411 und der Fördervorrichtung 420 angeordnet sein (also stromauf- bzw. stromabwärts). Besonders bevorzugt kann die Messeinheit 430 in einem der (ein, zwei oder mehr) gekrümmten Abschnitte angeordnet sein. Hierbei ist es möglich, dass die Messeinheit 430 in einem der (ein, zwei oder mehr) gekrümmten Abschnitte derart angeordnet ist, dass der Braustoff entlang seiner Fließrichtung auf einen bevorzugt flächigen Messabschnitt 431 der Messeinheit 430 unter einem definierten Winkel α trifft. Dies ist exemplarisch in 3 dargestellt. Der flächige Messabschnitt 431 kann bspw. eine Glasscheibe sein. Der von der Fließrichtung mit dem Messabschnitt 431 eingeschlossene Winkel α kann dabei zwischen 10° DEG bis 170° DEG, bevorzugt zwischen 20° DEG bis 130° DEG, weiter bevorzugt 65° DEG betragen. Durch das schräge Auftreffen des Volumenstroms auf den Messabschnitt 431 können einerseits eine Reinigungskraft und andererseits Turbulenzen erzeugt werden, die für eine bessere Durchmischung des Braustoffes unmittelbar vor dem Messabschnitt 431 sorgen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch vorstellbar, dass die Messeinheit 430 zur Erzeugung dieser Effekte eine in dieser (fest) verbaute Struktur zur Flussführung des Braustoffs (bspw. durch die Messeinheit 430 hindurch) aufweist.
In der Messleitung 410 kann ferner wenigstens ein (steuerbares) Ventil zur Steuerung des durch die Messleitung 410 strömenden Braustoffes oder ein Absperrhahn vorgesehen sein. Dies ist exemplarisch in den 2 und 3 dargestellt, in denen der Einleitabschnitt 411 und der Ausleitabschnitt 412 jeweils steuerbare Ventile 441, 442 aufweisen. So kann bspw. bei einer Wartung der Messleitung 410 der Volumenstrom aus dem Flüssigkeitstank 200 mittels der Ventile 441, 442 unterbunden werden. Ferner kann die Messleitung 410 eine Wartungsleitung 414 aufweisen, die ebenfalls ein (steuerbares) Ventil 444 aufweisen kann. Über die Wartungsleitung 414 kann bspw. eine Reinigungslösung in die Messleitung 410 eingebracht werden. Die Wartungsleitung 414 kann während des (regulären) Messbetriebs bspw. durch das Ventil 444 abgesperrt sein.
Die 1 bis 5 zeigen ferner exemplarisch, dass die Messvorrichtung 400 bspw. als eine zusammenhängende, transportable Einheit vorgesehen werden kann. Die Messvorrichtung 400 kann hierzu ferner ein vorzugsweise wasserdichtes Gehäuse 490 und eine Trägerplatte für einen Antriebsmotor 421 der Fördervorrichtung 420 aufweisen. Die Messleitung 410 mit Fördervorrichtung 420 und Messeinheit 430 können dabei in das Gehäuse 490 aufgenommen werden und als eine Einheit (ein Modul) an den Flüssigkeitstank 200 angeschlossen werden. Alternativ ist es auch vorstellbar, die Messvorrichtung 400 im Inneren des Flüssigkeitstanks 200 (bspw. schwimmend) vorzusehen.
Die Brauvorrichtung 100 weist zudem eine Steuereinheit 500 auf, welche mit der Messvorrichtung 400 derart funktional verbunden ist, um basierend auf wenigstens dem einen Gärparameter die Prozessgeschwindigkeit des Gärprozesses mittels (automatisierter) Steuerung der Kühlvorrichtung 300 (automatisiert) zu steuern. Bevorzugt kann die Steuereinheit 500 hierbei derart eingerichtet sein, dass die Stammwürze basierend auf wenigstens dem einen Gärparameter aus dem in dem Flüssigkeitstank 200 enthaltenen Braustoff bestimmbar ist (oder bestimmt wird). Die Bestimmung kann bspw. als Algorithmus von der Steuereinheit 500 umgesetzt werden.
Ferner kann bspw. die Steuereinheit 500 zur Steuerung der Prozessgeschwindigkeit des Gärprozesses derart eingerichtet sein, eine Kühlleistung des Kühlaggregats 310 zur Kühlung des Kühlmediums in Abhängigkeit wenigstens eines der gemessenen Gärparameter und/oder der Stammwürze vorzugsweise kontinuierlich oder diskontinuierlich zu steuern. Alternativ ist es auch vorstellbar, bspw. die Durchlaufgeschwindigkeit oder Zirkulationshäufigkeit des durch den Durchlaufkühler 320 geleiteten Kühlmediums entsprechend einzustellen (bspw. über ein steuerbares Ventil 763 wie in 5 exemplarisch dargestellt).
Die Steuereinheit 500 kann hierzu mit den jeweiligen Komponenten der Brauvorrichtung 100, also bspw. der Messvorrichtung 400, der Kühlvorrichtung 300 und/oder dem Flüssigkeitstank 200, signaltechnisch verbunden sein. Dies ist exemplarisch in den 1, 4 und 5 mittels der Verbindungen 521, 530, 540 dargestellt. In den 2 und 3 ist angedeutet, dass bspw. die Messeinheit 430 über eine Messsignalleitung 453 und die Fördervorrichtung 420 über zwei Steuersignalleitungen 452, 452A, 452B mit der Steuereinheit 500 verbunden sein kann. Die Steuersignalleitungen 452, 452A, 452B und die Messsignalleitung 453 können dabei als ein gemeinsamer Kabelstrang 540 mit der Steuereinheit 500 verbunden sein. Alternativ ist es vorstellbar, einige oder alle der Verbindungsleitungen kabelfrei, bspw. über eine Bluetooth oder optische Verbindung, bereitzustellen.
Die Steuereinheit 500 kann bspw. derart konfiguriert sein, dass ein Gärparameter in Abhängigkeit eines anderen Gärparameters durch Ausgabe eines Stellsignals an einen (zeit- und/oder temperaturabhängigen) Sollwert angepasst wird. 6 kann bspw. als Visualisierung von Sollwerten für die Stammwürze D oder Temperatur T in Abhängigkeit von der Zeit t verstanden werden. Die Sollwerte können als Ober- und Untergrenze für einen oder mehrere der Gärparameter definiert sein (d.h. zwei Linien bzw. ein Toleranzbereich).
Zur Festlegung von Sollwerten für die Gärparameter und/oder für Prozessparameter des Gärprozesses kann die Steuereinheit 500 bspw. eine Eingabeeinheit aufweisen (in den Figuren nicht dargestellt). Die Steuereinheit 500 kann auch dazu eingerichtet sein, die Prozessgeschwindigkeit des Gärprozesses basierend auf einem vorgebbaren und zeitabhängigen Kennlinienfeld zur Umsetzung eines Braurezepts zu steuern. So zeigt bspw. 6 jeweils eine zeitabhängige Kennlinie für die Stammwürze D und die Temperatur T des Braustoffes.
So kann bspw. während des Gärprozesses die Steuereinheit 500 dazu eingerichtet sein, die Temperatur T des Braustoffes in Abhängigkeit der Stammwürze D und/oder des Zuckergehalts an einen zeitabhängigen Sollwert durch Ausgabe eines Stellsignals an das Kühlaggregat 310 automatisiert anzupassen. Basierend auf den Gärparametern und der verstrichenen Gärzeit kann bspw. die Prozessgeschwindigkeit bestimmt werden. So kann bspw. bei einer Abweichung der Stammwürze von dem diesen Zeitpunkt entsprechenden Sollwert eine zu geringe oder zu hohe Prozessgeschwindigkeit festgestellt werden. Das Kühlaggregat 310 kann dann entsprechend mit einer höheren oder niedrigeren Kühlleistung betrieben werden. Bevorzugt kann die Steuereinheit 500 auch dazu eingerichtet sein, bei Erreichen eines Sollwertes eines der Gärparameter einen weiteren Aktor der Brauvorrichtung 100 festzulegen und/oder zu aktivieren. Derart kann bspw. eine Annäherung der Gärparameter an die Sollkurve erreicht werden.
In 6 ist er Ausgangswert der Stammwürze D zum Zeitpunkt „o“ bspw. ca. 12% und die Solltemperatur T des Braustoffs 8° Celsius.
Die Steuereinheit 500 kann derart angepasst sein, dass bei Erreichen eines Vergärungsgrads von 50%, welcher in 6 bspw. zum Zeitpunkt 950 auftritt, die Ablasssperre des steuerbaren Überdruckventils 210 des Flüssigkeitstanks 200 mittels Signalleitung 521 aktiviert wird. Die Steuereinheit 500 kann zum permanenten Halten der Ablasssperre des Überdruckventils 210 eingerichtet sein, so dass die Brauvorrichtung 100 bspw. nach dem Zeitpunkt 950 als ein geschlossenes Stoffsystem angesehen werden kann, da ab diesem Zeitpunkt kein Gas mehr die Brauvorrichtung 100 verlassen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 500 bei Erreichen eines definierten Zustands (bspw. Vergärungsgrad 50%) das Überdruckventil 210 derart einstellen, dass nur bei Erreichen eines bestimmten Überdrucks ein Druckausgleich durchgeführt wird (bspw. notwendig für die Spundung). Somit kann die Steuereinheit 500 dazu eingerichtet sein, bei Erreichen eines Sollwertes eines der Prozessparameter (bspw. Innendruck) die Brauvorrichtung 100 derart zu steuern, dass die Brauvorrichtung 100 wenigstens zeitweise während des Gärprozesses (also bspw. nach dem Zeitpunkt 950) ein geschlossenes Stoffsystem bildet. Derart kann bspw. eine gewünschte Menge an Kohlensäure in dem Braustoff gebunden werden.
Zur Reifung des Braustoffes kann die Steuereinheit 500 dazu eingerichtet sein, die abzugebende Kühlleistung nach Beendigung des Gärprozesses noch eine Zeit 921 konstant zu halten. Dies geschieht in der 6 exemplarisch zwischen den beiden Zeitpunkten 901, 902. Das Ende des Gärprozesses, bei dem sich die Prozessgeschwindigkeit einem Minimum annähert, ist exemplarisch in 6 zum Zeitpunkt 901 mit einer Stammwürze D von 1,8% dargestellt. Die dadurch realisierbare Reifung kann bspw. von 2 bis 30 Tage dauern und bei einer Temperatur von ca. 8 Grad Celsius durchgeführt werden. Dies ist exemplarisch in 6 durch die Zeitdauer 912 dargestellt. Hieran anschließend kann die Steuereinheit 500 dazu eingerichtet sein, die Kühlvorrichtung 300 entsprechend zu steuern, um Eiweiße auszufällen und Hefe zu sedimentieren. Hierzu kann der Braustoff auf z.B. -1,5° Celsius abgekühlt werden.
Die Steuereinheit 500 kann zudem eine Kommunikationsschnittstelle zum Anschluss an ein Kommunikationsnetzwerk aufweisen, die bspw. einen Anschluss an das Internet ermöglicht. Bevorzugt kann die Steuereinheit 500 dazu eingerichtet sein, den Verlauf der Gärparameter und/oder der Prozessparameter zu protokollieren, zu speichern und/oder an eine mit der Steuereinheit 500 verbundene Ausgabeeinheit auszugeben. Bevorzugt kann die Steuereinheit 500 dazu eingerichtet sein, aus den derart ermittelten Daten eine Wartungsanalyse bereitzustellen. Ferner bevorzugt kann die Analyse einen Hinweis zu kommerziellen Anbietern entsprechender Wartungsdienstleistungen aufweisen.
Der Flüssigkeitstank 200, die Kühlvorrichtung 300 und die Messvorrichtung 400 können derart bereitgestellt sein, dass diese eine zusammenhängende, transportable Einheit bilden. Natürlich ist es auch vorstellbar, dass die Steuereinheit 500 ebenfalls derart in der Brauvorrichtung 100 bereitgestellt sein kann. Dabei kann bspw. die Kühlvorrichtung 300, die Messvorrichtung 400 und/oder die Steuereinheit 500 jeweils unmittelbar an dem Flüssigkeitstank 200 befestigt sein. Dies ist beispielhaft in den 1, 4 und 5 dargestellt.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft das Brausystem 700. Dies ist in den 4 und 5 exemplarisch dargestellt. Das Brausystem 700 weist wenigstens zwei der oben beschriebenen Brauvorrichtungen 100 auf.
Ferner weist das Brausystem 700 eine Systemsteuereinheit 710 zur automatisierten Steuerung der jeweiligen Gärprozesse in den Brauvorrichtungen 100 basierend auf den von den Messvorrichtungen 400 erfassten Gärparametern auf. Bevorzugt kann die Systemsteuereinheit 710 eine weitere Steuereinheit sein (5) oder eine der Steuereinheiten 500 der Brauvorrichtungen 100 sein (4). Die Systemsteuereinheit 710 kann dabei mit den Brauvorrichtungen 710 jeweils über Signalleitungen 711, 712 verbunden sein. Es ist vorstellbar, dass die Systemsteuereinheit 710 den Ablauf des Gärprozesses in jeder der Brauvorrichtungen 100 oder auch nur einer der Brauvorrichtungen 100 steuert, die Abläufe protokolliert und/oder lediglich eine Verbindung zwischen den Steuereinheiten 500 bereitstellt.
In dem Brausystem 700 können die Kühlaggregate 310 jeweils eine Kälteleitung 341, mittels der gekühltes Kühlmedium zu dem Durchlaufkühler 320 geleitet wird, und eine Rückleitung 342, mittels der aus dem Durchlaufkühler 320 strömendes Kühlmedium zu dem Kühlaggregat 310 geleitet wird, aufweisen. Diese Leitungen können zur Verbindung der Brauvorrichtungen 100 zu einem Kältenetzwerk jeweils miteinander über eine erste Verbindungsleitung 741 und eine zweite Verbindungsleitung 742 miteinander verbunden werden. Dies ist exemplarisch in 5 gezeigt. Wenigstens eine der Kälteleitungen 341, der Rückleitungen 342, der ersten Verbindungsleitung 741 und/oder der zweiten Verbindungsleitung 742 kann ein steuerbares Ventil 761, 762, 763 aufweisen. Die steuerbaren Ventile 761, 762, 763 können signaltechnisch (bspw. über die Signalleitungen 751, 752, 753, 754) mit der Systemsteuereinheit 710 verbunden sein. Die Systemsteuereinheit 710 kann hierbei derart eingerichtet sein, dass die Kühlleistung der verschiedenen Kühlaggregate 310 basierend auf dem Kühlbedarf der jeweiligen Brauvorrichtungen 100 (bspw. mittels der Ventile 761, 762, 763) verteilt wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Steuerung eines Gärprozesses. Das Verfahren weist insbesondere die folgenden Schritte auf:

- Bereitstellen der Brauvorrichtung 100 oder des Brausystems 700 wie oben beschrieben.
- Vorzugsweise Befüllen des Flüssigkeitstanks 200 mit dem flüssigen Braustoff.
- Kontinuierliches oder diskontinuierliches Messen von Gärparametern des in dem Flüssigkeitstank 200 enthaltenen Braustoffes während des Gärprozesses mittels der Messvorrichtung 400, wobei aus wenigstens einem der Gärparameter die Stammwürze bestimmbar ist (bspw. Zuckergehalt).
- Vorzugsweise Fördern von Braustoff aus dem Flüssigkeitstank 200 über den Einleitabschnitt 411 in die Messleitung 410 zum Messen der Gärparameter in der Messleitung 410 mittels einer Messeinheit 430. Rückleiten des aus dem Flüssigkeitstank 200 in die Messleitung 410 ausgeleiteten Braustoffs in den Flüssigkeitstank 200 über den Ausleitabschnitt 412. Bevorzugtes Durchmischen des Braustoffs vor dem Messen mittels der Messeinheit 430.
- Vorzugsweise Vorgabe von Sollwerten, wie bspw. einer Solltemperatur T des Braustoffs, welche bevorzugt als zeit-und/oder temperaturabhängige Kennlinien vorgebbar sind.
- Vorzugsweise Bestimmen der Stammwürze mittels der Steuereinheit 500 und/oder der Messvorrichtung 400.
- Vorzugsweise Bestimmen von Abweichungen zwischen Sollwerten und den gemessenen Gärparametern.
- Steuern der Prozessgeschwindigkeit des Gärprozesses durch die mit der Messvorrichtung 400 funktional verbundenen Steuereinheit mittels automatisierter Steuerung der Kühlvorrichtung 300 basierend auf wenigstens dem einen Gärparameter.
- Vorzugsweise Steuerung der Prozessgeschwindigkeit durch Ausgabe eines Stellsignals an ein oder mehrere Stellgeräte (bspw. die Kühlvorrichtung 300) der Brauvorrichtung 100.
- Vorzugsweise (grafisches) Anzeigen des momentanen Gärzustands (bspw. als Kurve).
- Vorzugsweise Reifung und/oder Lagerung des Braustoffs in dem Flüssigkeitstank 200.

Das Verfahren kann ferner weitere typische Schritte des Gärprozesses von Bier (wie bspw. Filtration) aufweisen. Diese können bevorzugt mittels der Brauvorrichtung 100 und durch entsprechende Konfiguration der Steuervorrichtung 500 umgesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung ist durch die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele nicht beschränkt, sofern sie vom Gegenstand der folgenden Ansprüche umfasst ist. Insbesondere sind sämtliche Merkmale der Ausführungsbeispiele in beliebiger Weise mit- und untereinander kombinierbar und austauschbar.

Claims

Brauvorrichtung (100) zum Gären eines flüssigen Braustoffes in einem Gärprozess, aufweisend - einen Flüssigkeitstank (200) zur Aufnahme des flüssigen Braustoffes; - eine Kühlvorrichtung (300) zur Kühlung des flüssigen Braustoffes, aufweisend ◯ ein Kühlaggregat (310) zum Kühlen eines Kühlmediums, und ◯ einen Durchlaufkühler (320) zur Kühlung des Braustoffes mittels des gekühlten Kühlmediums; - eine Messvorrichtung (400) zur Messung von Gärparametern des in dem Flüssigkeitstank (200) enthaltenen Braustoffes während des Gärprozesses, wobei aus wenigsten einem der Gärparameter die Stammwürze bestimmbar ist; sowie - eine Steuereinheit (500), welche mit der Messvorrichtung (400) derart funktional verbunden ist, um die Prozessgeschwindigkeit des Gärprozesses mittels automatisierter Steuerung der Kühlvorrichtung (300) basierend auf wenigstens dem einen Gärparameter zu steuern.
Brauvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Messvorrichtung (400) gegenüber dem Flüssigkeitstank (200) derart vorgesehen ist, dass der oder die zur Bestimmung der Stammwürze erforderlichen Gärparameter vorzugsweise kontinuierlich oder diskontinuierlich aus dem in dem Flüssigkeitstank (200) enthaltenen Braustoff messbar ist/sind, und/oder wobei die Steuereinheit (500) derart eingerichtet ist, dass die Stammwürze basierend auf wenigstens dem einen Gärparameter aus dem in dem Flüssigkeitstank (200) enthaltenen Braustoff bestimmbar ist.
Brauvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit (500) zur Steuerung der Prozessgeschwindigkeit des Gärprozesses derart eingerichtet ist, eine Kühlleistung zur Kühlung des Kühlmediums des Kühlaggregats (310) und/oder eine Durchlaufgeschwindigkeit des durch den Durchlaufkühler (320) geleiteten Kühlmediums in Abhängigkeit wenigstens eines der gemessenen Gärparameter und/oder der Stammwürze vorzugsweise kontinuierlich oder diskontinuierlich zu steuern.
Brauvorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens der Flüssigkeitstank (200), die Kühlvorrichtung (300) und die Messvorrichtung (400) als eine zusammenhängende, transportable Einheit bereitgestellt sind.
Brauvorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühlvorrichtung (300), die Messvorrichtung (400) und/oder die Steuereinheit (500) unmittelbar an dem Flüssigkeitstank (200) befestigt ist/sind.
Brauvorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messvorrichtung (400) mit dem Flüssigkeitstank (200) zusammen ein geschlossenes Stoffsystem bildet.
Brauvorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messvorrichtung (400) eine Messeinrichtung (401) aufweist, welche wiederum aufweist: - eine Messleitung (410) mit einem Einleitabschnitt (411) zum Einleiten von Braustoff aus dem Flüssigkeitstank (200) in die Messleitung (410) und mit einem Ausleitabschnitt (412) zum Rückführen des in die Messleitung (410) eingeleiteten Braustoffes in den Flüssigkeitstank (200), - eine vorzugsweise steuerbare Fördervorrichtung (420) zum Fördern von Braustoff durch die Messleitung (410) von dem Einleitabschnitt (411) zu dem Ausleitabschnitt (412), und - eine Messeinheit (430) zur Messung der Gärparameter des in die Messleitung (410) geleiteten Braustoffes, wobei die Messeinrichtung (401) über den Einleitabschnitt (411) und den Ausleitabschnitt (412) mit dem Flüssigkeitstank (200) mechanisch und/oder fluidisch verbunden ist.
Brauvorrichtung (100) gemäß Anspruch 7, wobei die Messeinrichtung (401), vorzugsweise deren Einlassabschnitt (411) und Ausleitabschnitt (412), an einem unteren Abschnitt des Flüssigkeitstanks (200), bevorzugt in, bzgl. dessen Betriebsorientierung, einem unteren Drittel des Flüssigkeitstanks (200) angeordnet und/oder befestigt ist/sind.
Brauvorrichtung (100) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Messeinheit (430) zwischen dem Einlassabschnitt (411) und der Fördervorrichtung (420) und/oder zwischen der Fördervorrichtung (420) und dem Ausleitabschnitt (412) angeordnet ist.
Brauvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Messleitung (410) wenigstens einen, bevorzugt zwei gekrümmte Abschnitte, welche über die Fördervorrichtung (420) miteinander verbunden sind, aufweist, und wobei bevorzugt die Messeinheit (430) in dem oder einem der gekrümmten Abschnitte angeordnet ist.
Brauvorrichtung (100) gemäß Anspruch 10, wobei der oder die gekrümmten Abschnitte jeweils durch einen abgewinkelten Rohrbogen, bevorzugt einen 90° DEG Rundrohrbogen, gebildet sind.
Brauvorrichtung (100) gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die Messeinheit (430) in dem oder einem der gekrümmten Abschnitte derart angeordnet ist, dass der Braustoff entlang seiner Fließrichtung auf einen bevorzugt flächigen Messabschnitt (431) der Messeinheit (430) unter einem definierten Winkel (α) trifft, wobei bevorzugt der von der Fließrichtung mit dem Messabschnitt (431) eingeschlossene Winkel (α) zwischen 10° DEG bis 170° DEG, bevorzugt zwischen 20° DEG bis 130° DEG, weiter bevorzugt 65° DEG beträgt.
Brauvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die Messleitung (410) ferner wenigstens ein bevorzugt steuerbares Ventil (441, 442, 444) zur Steuerung des durch die Messleitung (410) strömenden Braustoffvolumens aufweist, wobei bevorzugt das Ventil (441, 442, 444) an dem Einleitabschnitt (411) und/oder dem Ausleitabschnitt (412) vorgesehen ist.
Brauvorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messvorrichtung, (400), vorzugsweise die Messeinrichtung (401), als eine zusammenhängende, transportable Einheit ausgebildet ist.
Brauvorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messvorrichtung (400), bevorzugt die Messeinrichtung (401) oder die Messeinheit (430), ein Saccharimeter, ein Schwinggabeldichtemessgerät oder ein Refraktometer aufweist.
Brauvorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messvorrichtung (400) ferner aufweist: einen Drucksensor zur Messung des Innendrucks des Flüssigkeitstanks (200), einen Gas-Sensor zur Konzentrationsbestimmung von gasförmigen Substanzen, wie beispielsweise CO₂, und/oder einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur des Braustoffes.
Brauvorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gärparameter ferner eine Zuckerkonzentration des Braustoffes, eine Temperatur des Braustoffes, die Dichte des Braustoffes, und/oder eine in dem Braustoff auftretenden Gaskonzentration aufweisen.
Brauvorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (500) eine Eingabeeinheit zur Festlegung von Sollwerten für die Gärparameter und/oder für Prozessparameter des Gärprozesses aufweist, wobei die Prozessparameter bevorzugt einen in dem Flüssigkeitstank (200) momentan auftretenden Innendruck und/oder eine bereits verstrichene Gärzeit umfassen.
Brauvorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (500) eingerichtet ist, einen Gärparameter, bevorzugt die Temperatur des Braustoffes, auf Basis eines anderen Gärparameters und/oder, sofern vorhanden, eines der Prozessparameter durch Ausgabe eines Stellsignals an einen bevorzugt zeit- und/oder temperaturabhängigen Sollwert anzupassen.
Brauvorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (500) eingerichtet ist, die Prozessgeschwindigkeit des Gärprozesses basierend auf wenigstens einem Kennlinienfeld zur Umsetzung eines Braurezepts zu steuern, wobei das Kennlinienfeld vorzugsweise vorgebbar und/oder vordefiniert und/oder anpassbar ist, und/oder wobei das Kennlinienfeld temperaturabhängige und/oder zeitabhängige Kennlinien wenigstens eines der Gärparameter und/oder der Prozessparameter, falls vorhanden, aufweist.
Brauvorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (500) eingerichtet ist, bei Erreichen eines Sollwertes eines der Gärparameter, der Stammwürze, und/oder, sofern vorhanden, eines der Prozessparameter ein steuerbares Überdruckventil (210) des Flüssigkeitstanks (200) zu öffnen oder zu schließen und/oder einen Ablassdruck zum Öffnen des Überdruckventils (210) festzulegen.
Brauvorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der flüssige Braustoff im Flüssigkeitstank (200) eine Temperatur von bevorzugt höchstens 30° Celsius aufweist und/oder zur Herstellung von bevorzugt unfiltriertem Bier geeignet ist.
Brausystem (700) zum Gären eines flüssigen Braustoffes, aufweisend - wenigstens zwei Brauvorrichtungen (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, sowie - eine Systemsteuereinheit (710) zur automatisierten Steuerung der jeweiligen Gärprozesse in den Brauvorrichtungen (100) basierend auf den von den Messvorrichtungen (400) erfassten Gärparametern.
Brausystem (700) gemäß Anspruch 23, wobei die Systemsteuereinheit (710) eine weitere Steuereinheit oder eine der Steuereinheiten (500) der Brauvorrichtungen (100) ist.
Brausystem (700) gemäß einem der Ansprüche 23 oder 24, wobei die Kühlaggregate (310) jeweils aufweisen: - eine Kälteleitung (341), mittels der gekühltes Kühlmedium zu dem Durchlaufkühler (320) geleitet wird, und - eine Rückleitung (342), mittels der aus dem Durchlaufkühler (320) strömendes Kühlmedium zu dem Kühlaggregat (310) geleitet wird, wobei zur Verbindung der Brauvorrichtungen (100) zu einem Kältenetzwerk die Kälteleitungen (341) jeweils miteinander über eine erste Verbindungsleitung (741) und die Rückleitungen (342) jeweils über eine zweite Verbindungsleitung (742) miteinander verbunden sind.
Brausystem (700) gemäß Anspruch 25, wobei wenigstens eine der Kälteleitungen (341), der Rückleitungen (342), der ersten Verbindungsleitung (741) und/oder der zweiten Verbindungsleitung (742) ein steuerbares Ventil (761, 762, 763) aufweist, welches signaltechnisch mit der Systemsteuereinheit (710) verbunden ist.