DE2149986A1 - Verfahren zur Herstellung von Bier und Vorrichtung zur Ausfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD ■ Dipl.-lr.q. K, BERKENf-ELD, Pctrntanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen

zur Eingab·vom 6. Oktober 1971 vA// Named. Anm. The Rainier Companies,

Inc·

Verfahren zur Herstellung von Bier und Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Bier. Die Erfindung betrifft insbesondere Verbesserungen des Verfahrens zur Herstellung von Bier, ausgehend von der Würze, das Gären der Würze mit Hefe, um grünes Bier zu erzeugen, das Altern des Biers und den nachfolgenden Fertigstellungsvorgang, sowie eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung von Bier.

Die nachstehend verwendete Bezeichnung "Bier" bezieht sich auf die verschiedenen gegorenen Malzgetränke, die gewöhnlich unter dieser Bezeichnung verstanden werden, die aber auch Ale, Porter, Stout und Malzbier umfassen. Unter "grünem Bier" wird im allgemeinen das Bier verstanden, das durch die Gärung der Würze erhalten wird, bevor dasselbe gealtert wird. Die Bezeichnung "Gärung" umfaßt alle Bierverarbeitungsschritte, bei welchen Hefezellen auf Kohlehydrate einwirken und dieselben in Alkohol, Kohlendioxyd und Gärungsnebenprodukte umwandeln.

Bei der Herstellung von Bier wird Malz mit oder ohne Stärkezusätze mit Wasser erhitzt. Die sich ergebende Maische wird gefiltert, um eine Flüssigkeit zu erzeugen, die lösliches Braumaterial enthält. Dieser Flüssigkeitsextrakt ist als Würze bekannt. Die Würze wird mit oder ohne vorherige Behandlung mit Hopfen oder Hopfenextrakt dann mit Hefe bei einer entsprechenden Temperatur vergoren, um grünes Bier zu erzeugen. Das grüne Bier wird von der Hefe durch Dekantieren oder Zentrifugiren getrennt. Das grüne Bier wird dann gekühlt und gelagert zwecks Alterung, während welcher sich feste Stoffe aus dem Bier ab-

209818/0038

2H9986

setzen. Das gealterte Bier wird hierauf fertiggestellt, zum Beispiel durch Behandlung mit Materialien, wie verschiedenen proteolytischen Enzymen, Tannin, Bentonit und anderen Abschreckmitteln, Antioxydierungsmitteln, sowie gefiltert, mit Kohlensäure gesättigt und schließlich abgefüllt.

Bei der üblichen Braukellerverarbeitung ist eine Reihe von Abgießvorgängen erforderlich, bei welchen das oben schwimmende Bier aus einem Tank in einen anderen übertragen wird, um das Bier von verschiedenen Niederschlägen zu trennen, die sich bilden. Die mit Hefe versetzte Würze wird daher in einem Ausgangstank angeordnet, in einen Gärtank übertragen, dann in einen Alterungstank und schließlich in einen Fertigstellungstank, bevor das Bier gefiltert und abgefüllt wird. Jede Übertragung läßt eine Ablagerung in dem Tank zurück, aus dem das Bier entfernt wird. Von verschiedenen Brauereien werden verschiedene Abänderungen des Verfahrens verwendet, aber alle verwenden das gemeinsame Prinzip aufeinanderfolgender Verarbeitungsstadien, um mindestens drei Niederschläge zu eliminieren, nämlich kalte Trübe, primäre Hefe und sekundäre Hefe, und zwar jeden zu der entsprechenden Zeit.

Bisher ist der Gärvorgang in offenen oder geschlossenen Tanks ausgeführt worden, die in einem kalten Lagergebäude angeordnet waren, das als ein Keller bekannt ist. Ein Keller besteht im allgemeinen aus einer Anzahl von Gängen in einem gut isolierten Gebäude, dessen Inneres gekühlt wird, um die richtige Gärtemperatur aufrecht zu erhalten. Auch das Altern des Biers erfolgt in Tanks in einem entsprechend gekühlten isolierten Gebäude. Neben den Kosten des Gebäudes und seiner Instandhaltung, sowie der Luftkonditionierungsvorrichtung und der für die Kühlung erforderlichen Kühlanlage erfordern die Kosten des Betriebes der Anlage, sowie deren Instandhaltung und Reparatur große Investitionen und fortgesetzt große Betriebsausgaben. Außerdem macht die Herstellung von Bier in kalten Gebäuden erforderlich,

^{R 88}/¹ 209818/0038

daß die Arbeiter ihre Arbeiten bei Temperaturen ausführen, die beträchtlich unterhalb der normalen Zimmertemperatur liegen, so daß bei den unbehaglichen Arbeitsbedingungen besondere Kleidung notwendig ist. Die Benutzung der üblichen Keller bei der Bierherstellung bildet auch eine Begrenzung oder ein Hindernis für eine leichte Anlagenerweiterung, um die Bierherstellung bei wachsendem Markt und zunehmendem Verbrauch zu steigern, weil das übliche Verfahren der Kellerkonstruktion teilweise Erweiterungen durch einen einzigen Tank oder einige Tanks nicht zuläßt. Es ist im allgemeinen notwendig, ein vollständig neues Gebäude zu errichten.

Wegen der großen Kapitalinvestitionen in Gebäuden, sowie Luftkonditionierungsund Kühlanlagen, die bei den normalen Kellerbrauverfahren der Gärung und Alterung erforderlich sind, ist vorgeschlagen worden, außenliegende isolierte Tanks zu verwenden (siehe beispielsweise die amerikanischen Patentschriften 3.415.654 und 3.374.726). In denselben wird die Herstellung von Bier unter Verwendung von außenliegenden isolierten Tanks für die Gärung und Alterung von Bier beschrieben. Die Verwendung von außenliegenden isolierten Tanks für die Gärung und Lagerung von Bier bietet eine Anzahl von Vorteilen gegenüber der üblichen Kellerkonstruktion. Solche außenliegende Tanks können mit einer sehr beträchtlichen Größe gebaut und direkt auf Fundamenten in Bodenhöhe angeordnet werden. Die vorgesehenen Kühleinrichtungen müssen nur die Leistungsfähigkeit aufweisen, welche die Flüssigkeit in den Tanks während der Gärung, Alterung und Fertigstellung des Biers auf der richtigen Temperatur hält. Es besteht keine Notwendigkeit, den umgebenden äußeren unisolierten Raum außerhalb der Tanks zu kühlen oder ein Gebäude rund um die Tanks zu errichten. Die Kosten solcher isolierter Gärungs-, Alterungs- und Fertigstellungstanks können etwa 25 bis 50 % der Kosten der Errichtung eines üblichen Kellers zur Verarbeitung einer gleichen Biermenge betragen.

^{R 88/1} 209818/0038

Während außenliegende Tanks für die Gärungs- und Alterungsvorgänge bei der Bierherstellung verwendet worden sind, wird der Gärvorgang gewöhnlich in einem außenliegenden Tank ausgeführt, worauf das grüne Bier aus dem Gärtank entfernt und zur Alterung in einen anderen außenliegenden Tank oder auch in die üblichen Alterungstanks im Kellergebäude übertragen wird. Solche Tanks sind nicht erfolgreich verwendet worden, um diese Vorgänge nacheinander in dem gleichen Tank auszuführen. Der Alterungsvorgang ist nicht in dem gleichen außenliegenden Tank ausgeführt worden, der für die Gärung verwendet wurde, weil der für die Gärung verwendete außenliegende Tank keine Einrichtun-

" gen aufwies, welche das Absetzen der Hefe und ihre spätere Entfernung in genügender Menge förderten, um das grüne Bier in einen solchen Zustand zu bringen, daß es für die Alterung im gleichen Tank geeignet war. Aus ähnlichen Gründen wurde nach dem Altern, das entweder in einem besonderen außenliegenden Tank (der nicht für die Gärung verwendet wurde) oder auch in einem in einem üblichen Kellergebäude befindlichen Tank ausgeführt wurde, das Bier aus dem Alterungstank zur Fertigstellung in einen dritten Tank übertragen. Die bisher zum Altern verwendeten außenliegenden Tanks wiesen keine Einrichtungen auf, welche das Absetzen fester Stoffe während des AlterungsVorgangs und deren Entfernung aus dem Bier erleichtern, bevor der Fertigstellungs-

Vorgang in dem gleichen Tank ausgeführt wurde.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist ein neuartiges Partieverfahren zur Bierherstellung vorgesehen, das die Ausführung der Gärungs-, Alterungs- und Fertigstellungsvorgänge in dem gleichen Tank ermöglicht, ohne das Bier zwischen diesen Vorgängen aus demselben zu entfernen. Das ganze Kellerverfahren der Bierherstellung kann daher in einem Tank ausgeführt werden. Das Bier kann in dem Tank verbleiben und die ausgefällten Materialien können vom Boden des Tanks durch neuartige Verfahren entfernt werden. Die neuartigen Verfahren der Entfernung der Hefe und der ausgefällten festen Stoffe, während die im Tank befind-

R 88/1 209818/0038

liehe Flüssigkeit oder das Bier nicht entfernt wird, sind auf viele verschiedene Brauvorgänge anwendbar, einschließlich des Absetzens (wie beispielsweise die Verwendung von Ausgangstanks), der Hauptgärung, der Nachgärung, des Alterns und der Fertigstellung. Es ist jedoch nicht wesentlich, daß alle nachstehend beschriebenen Vorgänge bei der Bierherstellung verwendet werden, da einige der neuen Schritte verwendet werden können und andere nicht. Außerdem ist eine neuartige Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, sowie anderer Verfahren, bei denen dies nützlich erscheint. Durch die Vorrichtung wird die erforderliche Arbeit verringert, indem die Notwendigkeit, das Bier aus einem Tank in einen anderen zu übertragen, sowie die zusätzliche Notwendigkeit der wiederholten Tankreinigung eliminiert wird. Das Verfahren und die Vorrichtung eliminieren auch den üblichen Vorgang, daß ein Arbeiter in den Gärtank zwecks Entfernung der abgesetzten Hefe einsteigen muß, um den Tank für die nächste Gärung vorzubereiten.

Gemäß der Erfindung ist ein Partieverfahren zur Bierherstellung vorgesehen, bei welchem Würze und Hefe als ein flüssiges Gemisch der Gärung bei einem geregelten Temperaturzyklus innerhalb des Bereichs von -1,67 bis 23,89° C in einem umschlossenen Tank unterworfen wird. Während der Gärung wird Kohlenidioxydgas von einer äußeren Quelle einem mittleren Bereich der Flüssigkeit oberhalb des Tankbodens und zweckmäßig an einer Stelle zugeführt, welche stets oberhalb der Oberseite der Hefemasse liegt, die sich während der Gärung auf dem Boden des Tanks absetzt. Das Kohlendioxydgas steigt mit einer Geschwindigkeit auf, welche eine aufwärts gerichtete mittlere Strömung einer verhältnismäßig kalten Flüssigkeit erzeugt und dadurch eine Abkühlung des gesamten Flüssigkeitsgehalts des Tanks durch induzierte Konvektion erzielt. Während dieser Aufwärtsbewegung des mittleren Teils der Flüssigkeit ergibt sich am Umfang eine langsame Abwärtsströmung der Flüssigkeit längs der und rund um die Tankwand und die angrenzende Kühleinrichtung, um die Küh-

209818/0038

lung der abwärts strömenden Flüssigkeit zu bewirken. Der sich ergebende geregelte Umlauf der Flüssigkeit hält dadurch einen ziemlich kleinen Temperaturgradienten zwischen den verschiedenen Teilen der Flüssigkeit im Tank aufrecht. Die Abwärtsströmung der Flüssigkeit rund um die und auf der Tankwand dient zur Förderung der Hefe zu einer Absetzungszone auf dem Boden des Tanks, wo nur eine geringe oder minimale Störung der sich absetzenden und der abgesetzten Hefe erfolgt. Die Gärung wird fortgesetzt, bis dieselbe beendet und grünes Bier erzeugt ist.

Die mittlere Aufwärtsströmung von Kohlendioxyd und Bier sowie die Abwärtsströmung von Bier am Umfang ergibt im Tank einen Kreislauf, welcher bewirkt, daß sich ausgeflockte Hefe auf dem Boden absetzt und zum mittleren Bereich des Tankbodens strömt, von wo dieselbe intermittierend, kontinuierlich oder am Ende der Gärung entfernt werden kann. Ohne einen solchen Kreislauf würde die Hefe trachten, sich unter Schwerkraftwirkung als eine ziemlich gleichmäßige Schicht auf dem Tankboden abzusetzen. Hefe, welche sich auf diese Weise absetzt, wird eine ziemlich kompakte, anhaftende Masse, welche schwer zu bewegen ist und welche wegen ihres Strömungswiderstandes schlecht vom Tankboden zu entfernen ist.¹

Die abgesetzte Hefe wird zusammen mit etwas Bier durch eine entsprechende Pumpeinrichtung entfernt. Nach der Abtrennung der Hefe wird das Bier in den Tank zurückgeleitet.

Obwohl die Entfernung der Hefe eingeleitet werden kann, nachdem das Absetzen im wesentlichen beendet ist, erscheint es angezeigt, eine periodische oder intermittierende oder sogar kontinuierliche Entfernung der Hefe zu bewirken, um einerseits die Entfernung der Hefe zu erleichtern und um andererseits die übertragung ungewollter oder unerwünschter Gerüche auf das Bier durch die abgesetzte Hefe auf ein Mindestmaß zu verringern, die bekanntlich bei den üblichen Brauverfahren erfolgt. Da der Kon-

R 88/1 209818/0038

takt zwischen Bier und abgesetzter Hefe und anderen Niederschlagen anerkanntermaßen einen schädlichen Geschmack verleiht, wenn derselbe längere Zeit dauert, sollte die Herabsetzung dieses Kontakts auf ein Mindestmaß durch periodische Entfernung der Hefe die Erzielung des wünschenswerten Biergeschmacks unterstützen. Da die dispergierten Hefezellen in aktiver Weise die Würze in Bier umwandeln und den gewünschten Geschmack verleihen, schafft die Entfernung der abgesetzten oder ausgeflockten Hefe die Bedingungen, welche die Erzeugung von Bier hoher Qualität begünstigen. Es erscheint demgemäß angezeigt, daß die Entfernung der abgesetzten Hefe und anderer fester Stoffe mindestens während des größeren Heils der Gärungsperiode ausgeführt wird.

Sobald die Gärung in der beschriebenen Weise beendet ist, kann das grüne Bier entsprechend den üblichen Verfahren verarbeitet werden. Weitere Vorteile werden jedoch erzielt, wenn die beschriebene neuartige Gärung mindestens mit dem nachstehend beschriebenen neuartigen Alterungsvorgang in dem gleichen Tank kombiniert wird.

Sobald die Gärung beendet und die Hefe entfernt ist, wird das grüne Bier (ohne dasselbe aus dem Tank zu entfernen) zweckmäßig auf eine Temperatur von etwa -1,67 bis 0,56° C gekühlt, worauf das grüne Bier gealtet wird. Während des Alterns kann Kohlendioxydgas durch das Bier in der gleichen Weise aufsteigen, wie das Kohlendioxyd während der Gärung zugeführt wurde. Das Kohlendioxyd kann intermittierend oder kontinuierlich zugeführt werden. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kohlendioxyds ist nicht kritisch, soll aber angemessen sein, um die Aufwärtsströmung von Bier im mittleren Teil des Tanks und die Abwärtsströmung von Bier am Umfang des Tanks aufrecht zu erhalten, welche das Absetzen der festen Stoffe bewirkt. Außer der Verstärkung des Absetzens fester Stoffe unterstützt die aufsteigende Kohlendioxyds tr ömung die Freigabe und die Entfernung unerwünschter

_{R 88/1} 209818/0038

flüchtiger Stoffe aus dem Bier und beschleunigt daher die Alterung. Nach dem Aufsteigen durch das Bier wird das Kohlendioxyd aufgefangen, gereinigt und wieder verwendet. Während des Alterungsvorganges sowie nach demselben werden abgesetzte feste Stoffe vom Boden des Tanks entfernt. Schließlich wird das gealterte Bier.einer Fertigstellungsbehandlung mit Materialien unterworfen, wie zum Beispiel proteolytischen Enzymen, Tannin, Bentonit und anderen Abschreckmitteln, sowie Antioxydierungsmitteln.

Im Tank kann während der ganzen Vorgangsfolge der Gärung, Alterung und Fertigstellung ein entsprechend wirksamer Innendruck

* aufrecht erhalten werden. Für eine besonders wirtschaftliche Ausbildung des Tanks aus dünnen Metallplatten ist es wünschenswert, einen wirksamen Gegendruck von nur 76,2 mm Wassersäule (etwa 0,993 kp/cm ) und zweckmäßig von 50,8 mm Wassersäule (etwa 0,951 kp/cm ) zu wählen. Die Abtrennung der festen Stoffe kann aber auch erzielt werden, während höhere Innendrücke aufrecht erhalten werden. Es ist im allgemeinen nicht notwendig, den Tank so auszubilden, daß derselbe mehr als einem maximalen Innendruck von 0,86 kp/cm oberhalb des hydrostatischen Drucks Widerstand leistet. Ein praktischer oberer Wert des Gegendrucks ist zweckmäßig jener, bei welchem der Sättigungsdruck des Kohlendioxyds dem im Bier gewünschten Kohlendioxydgehalt ent-

) spricht.

Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung von Bier und eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens. Ein flüssiges Gemisch aus Würze und Hefe wird der Gärung bei einem geregelten Temperaturzyklus von -1,67 bis 23,89 C in einem umschlossenen Tank unterworfen, der eine innere Bodenfläche aufweist, welche zu einem mittleren Bereich nach unten geneigt . ist. Kohlendioxydgas wird von einer äußeren Quelle einem mittleren Bereich der Flüssigkeit oberhalb des Tankbodens zugeführt und steigt mit einer Geschwindigkeit auf, welche eine aufwärts

R88/1 209818/0038

gerichtete mittlere Strömung kälterer Flüssigkeit bewirkt und dadurch Abkühlung durch induzierte Konvektion erzielt, sowie am Umfang eine abwärts gerichtete Flüssigkeitsströmung längs der und rund um die Tankwand, um Hefe zu einer Absetzungszone auf dem Boden zu fördern, wo nur eine minimale Störung der sich auf dem Boden absetzenden Hefe erfolgt. Die auf dem Boden des Tanks abgesetzte Hefe wird durch den mittleren Bereich entfernt, während oder vor der Gärung, während oder nach der Abkühlung des Biers für die Alterung, sowie ohne dasselbe aus dem Tank zu entfernen. Das gekühlte Bier wird in dem gleichen Tank gealtert, wobei Kohlendioxydgas durch d\s Bier aufsteigt. Die im Tank abgesetzten festen Stoffe werden von dem gealterten Bier getrennt und das gealterte Bier wird einem Fertigstellungsvorgang unterworfen.

Ein außenliegender großer dünnwandiger Metalltank weist einen konischen Metallboden mit einer geringen Neigung von nicht mehr als 25 zur Waagerechten auf, eine Leitung, die mit dem Tankinneren am Scheitel des konischen Bodens in Verbindung steht, eine kreisförmige zylinderische senkrechte Metallwand, die mit dem Boden verbunden ist, ein Metalldach, das mit der senkrechten Wand verbunden ist und durch dieselbe abgestützt wird, eine

und

Isolierung außerhalb des Bodens, der Wand/des Daches, eine Entlüftungsöffnung im Dach, einen in der Mitte des Tanks angeordneten Verteiler im Abstand vom Boden und vom Niveau der unsuspendierten festen Stoffe, die sich im Tank absetzen können, wobei der Verteiler eine Vielzahl von öffnungen aufweist, durch welche Kohlendioxydgas in die Flüssigkeit im Tank austreten kann, und eine Leitung, die von der Außenseite des Tanks zum Verteiler führt, um demselben Kohlendioxyd zuzuführen. Der Tank kann einen rohrförmigen Ring aufweisen, der innerhalb des Tanks angrenzend an den Umfang des Bodens angeordnet ist, ein Rohr, das mit dem Ring und der Außenseite des Tanks in Verbindung steht, um dem Ring Flüssigkeit zuzuführen, und eine Vielzahl von Öffnungen im Ring, durch welche die Flüssigkeit unter Druck

209818/0038

austreten kann, um die festen Stoffe längs des geneigten Bodens wegzuspülen, damit dieselben durch die mit dem Boden verbundene Leitung abgeführt werden.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt:

Fig. 1 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht eines außenliegenden Tanks gemäß der Erfindung zur Herstellung von Bier,

Fig. 2 einen senkrechten Längsschnitt des Tanks gemäß Fig. 1,

Fig. 3 in größerem Maßstab eine Ansicht des unteren Teils des in Fig. 2 im Längsschnitt dargestellten Tanks,

Fig. 3A in größerem Maßstab einen senkrechten Längsschnitt des unteren Teils des Tanks der Figuren 2 und 3, welcher das untere Halteband veranschaulicht,

Fig. 4 eine Seitenansicht, welche die Plattenanordnung zur Erzeugung des senkrechten Bandteils eines zylindrischen Tanks gemäß den Figuren 1 bis 3 veranschaulicht,

Fig. 5 eine schaubildliche Ansicht einer Schichtplatte, die in der Tankwand verwendet wird, um in derselben ein Kühlmedium in Umlauf zu setzen,

Fig. 6 einen Grundriß des Verteilers für die Einführung von Kohlendioxyd in das Bier,

Fig. 7 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht des Verteilers,

Fig. 8 einen teilweisen senkrechten Längsschnitt des unteren Teils des Tanks gemäß der Erfindung, der die Pumpein-

R 88/1 209818/0038

richtung veranschaulicht, welche feste Stoffe und Flüssigkeit aus dem Tank abzieht und welche die Flüssigkeit wieder in Umlauf setzt, um das Absetzen der festen Stoffe zu unterstützen, und

Fig. 9 einen teilweisen senkrechten Längsschnitt des unteren Teils des Tanks gemäß der Erfindung, welcher eine andere Ausführungsform der Einrichtung zum Abziehen der Flüssigkeit und festen Stoffe aus dem Tank und zum Wiederinumlaufsetzen der Flüssigkeit im Tank veranschaulicht.

Soweit wie möglich werden in den verschiedenen Figuren der Zeichnung die gleichen Elemente oder Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Gemäß den Figuren 1 bis 3 wird ein Tank 10 von im allgemeinen zylindrischer Form durch einen kreisförmigen Fundamentring 11 aus Beton abgestützt, der auf einem Betonsockel 12 aufsitzt. Im Betonring 11 und im Sockel 12 sind StahlVerstärkungsstangen 13 zwecks zusätzlicher Festigkeit angeordnet. Innerhalb des Betonrings 11 ist eine gestampffte Erdfüllung 14 angeordnet. Die konkave Oberseite der Erdfüllung 14 ist im allgemeinen konisch und gegen die Mitte des Betonringes etwas geneigt. Auf der Oberseite der Erdfüllung 14 ist eine Isolierschicht aus Vermiculitbeton angeordnet, die etwa 22,5 bis 30 cm dick ist. Anstelle von Vermiculitbeton kann anderes geeignetes Material verwendet werden, falls dasselbe der Druckbelastung widerstehen kann, der es unterworfen wird, und auch eine entsprechende Isolierschranke gegen Hitzeübertragung bildet. Auf der Oberseite der Erdfüllung 14 kann eine dünne Folie oder ein Film angeordnet werden, zum Beispiel aus Polyvinylchlorid, bevor der Beton 15 gegossen wird, um eine Dampfschranke zu bilden.

Der Tank 10 hat einen Metallboden 16, der durch den Vermiculit-R 88/1 209818/0038

2U9986

beton 15 abgestützt wird. Der Boden 16 ist zweckmäßig aus einer Vielzahl von Platten aus nicht rostendem Stahl hergestellt, die durch Stumpfschweißen miteinander verbunden sind. Die Innenseite der Schweißnähte ist abgeschliffen, um das Ausfließen von Flüssigkeit und festen Stoffen aus dem Tank durch die Leitung oder das Rohr 17 zu erleichtern, das von einer Isolierung 18 umgeben ist. Der Boden 16 ist zweckmäßig wie ein niedriger Kegel geformt, der einen Neigungswinkel von etwa 5 bis 25 zur Waagerechten aufweist, wobei ein Neigungswinkel von etwa 12 bis 15° im allgemeinen am besten ist. Die Verwendung eines niedrigen konischen Bodens ist wirtschaftlich vorteilhaft, weil dadurch die Höhe und die Kosten des Stützringes aus Beton auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden. Außerdem wird dadurch der Zugang zum Boden niedriger gemacht und derselbe ist daher leichter zu erreichen. Der konische Boden ist mit einer auf Hochglanz polierten Metalloberfläche oder einem überzug versehen, um dadurch das Gleiten der Hefe und anderer ausgefällter Materialien zum mittleren, untersten Teil des konischen Bodens zu erleichtern. Ein Überzug aus Polytetrafluorathylen (Teflon) auf dem Metallboden ist repräsentativ für nicht klebrige Überzüge, die verwendet werden können.

Im inneren Bodenteil des Tanks kann auch eine Vorrichtung zum Erzeugen von Ultraschallwellen angeordnet werden, um Schwingungen zu erzeugen, welche die abgesetzte Hefe auflockern und deren Abfluß zum Bodenauslaß des Tanks erleichtern. Zu dem gleichen Zweck können im Tankboden auch mechanische Schwingungserzeuger angeordnet werden.

Das innere Ende 19 der Leitung 17 ist mit einer öffnung verbunden, die im untersten Bereich des Bodens 16 axial angeordnet ist, um das vollständige Entleeren des Tanks zu ermöglichen. Die Umfangskante 20 (Fig. 3) des Bodens 20 ist gekrümmt oder nach oben in eine senkrechte Stellung gewölbt, um die Verbindung der unteren Kante 21 der Metallwand 22 des Tanks mit der-

R 88/1 209818/0038

selben durch eine entsprechende Umfangsstumpfschweißung zu erleichtern. Der Boden 16 kann aus nicht rostendem Stahl mit einer Dicke von 3,50 mm hergestellt werden für einen Tank mit einem Durchmesser von etwa 8,53 m und einer Höhe von etwa 10,67 m von der tiefsten Stelle des Bodens bis zur Oberseite des Daches.

Die Wand des Tanks 10 hat die Form eines aufrechten Zylinders, der einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Die Wand kann ei-' ne für die besondere Verwendung des Tanks geeignete Höhe aufweisen. Für einen Tank mit einem Durchmesser von 8,53 m ist eine Wandhöhe von etwa 8,53 m angemessen.

Die Wand 22 wird zweckmäßig aus mehreren ringartigen Reihen hergestellt, wobei jede höhere Reihe so angeordnet ist, daß ihre untere Kante auf der oberen Kante der unteren Reihe aufruht und mit derselben durch eine Stumpfschweißung verbunden ist. Wie die Figuren 2 und 4 zeigen, weist der dargestellte Tank sieben Reihen A, B, C, D, E, F und G auf. Jede Reihe ist zweckmäßig aus Metallplatten hergestellt, welche die gleiche Höhe aufweisen. Aus wirtschaftlichen Gründen werden in größtmöglichem Maße rechteckige Platten verwendet, welche die im Handel erhältlichen üblichen Größen aufweisen. Die Höhe aller Reihen kann die gleiche sein oder einige können höher oder niedriger sein als die anderen. Im allgemeinen kann der Tank leicht unter Verwendung von Platten mit einer Höhe von 1,22 m für jede Reihe hergestellt werden.

Während die Reihen die gleiche Dicke aufweisen können, ist es vorteilhaft, einige der oberen Reihen dünner zu machen. Da gegen die Reihen vom Boden aufwärts geringerer hydraulischer Druck zur Einwirkung kommt, können in einigen höheren Reihen dünnere, weniger kostspielige Platten verwendet werden als in den unteren Reihen, mit einer beträchtlichen Ersparnis an Kapitalinvestition und Herstellungskosten. Die Reihe A kann daher eine Dicke von 4,762 mm haben, die Reihe B eine Dicke von 3,50 mm

2G9818/n038

und die Reihen C bis G eine Dicke von 2,725 mm. Während dünnere Platten den auf die oberen Reihen einwirkenden hydraulischen Kräften Widerstand leisten können, ist eine Festigkeit erforderlich, um der Knickbeanspruchung und den Windkräften zu widerstehen, welche dünnere Platten nicht aufweisen können, ohne zusätzliche kostspielige Versteifungselemente zu verwenden.

Eine Reihe von Bandeisen 27 (Fig. 3 und 3A) kann rund um den Basisteil der Tankwand 22 angeordnet werden. Die unteren Enden der Bandeisen 27 sind in das Fundament 11 eingebettet, indem sie beim Gießen des Betons in demselben angeordnet und in Stellung gehalten werden, bis derselbe abgebunden hat. Ein Metallring 23 wird rund um den unteren Umfang der Tankwand und in dichter Berührung mit derselben angeordnet, und die oberen Enden der Bandeisen 27 werden mit dem Ring verschweißt. Der Ring 23 kann gewünschtenfalls mit der Tankwand verschweißt werden. Indem der Tank auf diese Weise mit dem Fundament verbunden ist, wird ein Gleiten oder Kippen des Tanks verhindert.

Das obere Ende des Tanks ist durch ein Dach 30 bedeckt, das gemäß der Zeichnung gewölbt ist, das aber auch konisch, halbelliptisch, flach oder anders geformt sein kann. Das Dach wird zweckmäßig ebenfalls aus Platten aus nicht rostendem Stahl hergestellt, die an ihren Rändern durch Stumpfschweißung verbunden sind. Rund um den oberen Teil der Wand 22 ist ein Ring 31 angeordnet, der eine Versteifung gegen Winddruck bildet. In der Mitte des Daches 30 ist eine Öffnung 32 angeordnet und mit einer Entlüftungskappe 33 bedeckt, von welcher sich ein Rohr 34 nach außen und dann längs der Seite des Tanks nach unten in ein Filter 35 erstreckt. Das Rohr 34 ist mit einer Isolierung 36 versehen, um Hitzeübertragung in den Tank zu verhindern.

Eine Leitung 40 erstreckt sich längs des Tanks 10 nach oben und dann oberhalb des Daches 30 in waagerechter Richtung in die Entlüftungskappe 33, von welcher sich ein Verlängerungsrohr 41

R 88/1 209818/0038

in den Tank selbst erstreckt. Das Verlängerungsrohr 41 ist am unteren Ende mit einer Düse 42 versehen, welche Reinigungslösung im ganzen Tank zerstäubt, um die Innenseite desselben zu reinigen. Die Zerstäuberdüse 42 und das Rohr 41 sind dauernd angeordnet und bleiben in Stellung, wenn der Tank für die Bierherstellung verwendet wird. Das Rohr 40 außerhalb des Tanks ist mit einer Isolierung 43 versehen, um die Hitzeübertragung zu verzögern.

In der Nähe des unteren Endes der Tankwand 22 ist ein Mannloch 44 vorgesehen, um die Überprüfung des Tankinneren und den Zugang für die Ausführung erforderlicher Reparaturen zu ermöglichen.

Die Tankwand 22 ist außen mit einer Isolierung'45 versehen, die zum Beispiel aus Polyurethanschaum besteht. Die Isolierung ist mit einer Wetterschicht 46 bedeckt, die zum Beispiel aus Aluminiumblech besteht. Das Dach 30 ist ebenfalls mit einer Isolierung 47 versehen, welche ihrerseits mit einer Wetterschicht 48 aus Aluminiumblech bedeckt ist. Der Tank ist daher vollständig isoliert, was die genaue Kontrolle des Tankinhalts bei Temperaturen ermöglicht, die entweder oberhalb oder unterhalb der Umgebungstemperatur liegen. Bei der Bierherstellung ist eine genaue Kontrolle der Temperatur des Flüssigkeitsinhaltes wichtig, um eine optimale Gärung, eine zufriedenstellende Alterung und eine präszise Fertgigstellung des Biers in einem solchen Tank zu bewirken.

Obwohl der beschriebene Tank mit irgendwelchen Einrichtungen zum Erhitzen oder Kühlen des Inhalts, wie zum Beispiel mit inneren Kühlschlangen versehen werden kann, besteht ein wichtiges zusätzliches Merkmal der Erfindung darin, als einen festen Bestandteil der Tankwand eine Einrichtung anzuordnen, welche eine indirekte Hitzeübertragung mit dem Inhalt des Tanks erzielt, um dessen Temperatur zu erhöhen oder zu senken. In der Tankwand

■ 209818/0038

ist daher an einer entsprechenden Stelle mindestens eine zur Hitzeübertragung dienende geschichtete Metallplatte angeordnet, welche Durchgangswege aufweist, durch welche ein Kühl- oder Heizmedium, das ein Gas oder eine Flüssigkeit sein kann, in Umlauf gesetzt werden kann. Die geschichtete Hitzeübertragungs-. platte wird in. der Tankwand anstelle irgendeiner Metallplatte angeordnet, die sonst für den gleichen Teil oder Bereich der Wand verwendet werden würde. Außerdem erfordert die auf diese Weise in der Tankwand angeordnete Hitzeübertragungsplatte keine Verstärkung oder Abstützung, sondern widersteht sicher allen hydraulischen Kräften, die beim Gebrauch des Tanks zur Einwirkung kommen, sowie auch Druckkräften, die auf den Teil des " Tanks einwirken, in dem dieselbe angeordnet ist. Die Anordnung einer geschichteten Hitzeübertragungsplatte in der Tankwand verbessert die Wirksamkeit der Kühlung. Die übliche Kühlober-

2 3

fläche von 232 cm für ein Fassungsvermögen von 0,11924 m kann durch Verwendung der geschichteten Hitzeübertragungsplatte in der Tankwand um etwa 35 bis 50 % verringert werden.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform eines Teils einer beschichteten Hitzeübertragungsplatte, die in dem Tank gemäß der Erfindung verwendet werden kann. Die Hitzeübertragungsplatte 50 weist eine innere Platte 51 aus nicht rostendem Stahl mit einer glatten Oberfläche auf, die 2,725 mm dick sein kann, und \ eine äußere Platte 52 aus nicht rostendem Stahl, die 0,40 mm dick sein kann. Die Platte ^2 weist einen gewellten oder gesteppten Umriß auf. Punktschweißungen 53» welche die äußere Platte 52 mit der inneren Platte 51 verbinden, bilden niedrige Bereiche, und die Zwischenräume zwischen den Punktschweißungen bilden erhöhte Bereiche. Die Hitzeübertragungsplatte 50 ist im allgemeinen rund um ihren Umfang 54 verschweißt, um die Ränder der Platten 51 und 52 miteinander in einer Linie zu verbinden, die gewöhnlich gerade ist, bevor die Platte entsprechend dem Halbmesser der Tankwand gekrümmt wird. Solche Hitzeübertragungsplatten sind in der amerikanischen Patentschrift 3.458.917

R 88/1 209818/0038

beschrieben.

Die Hitzeübertragungsplatte 50 kann leicht in einer rechteckigen Form und mit einer solchen Höhe und Länge erzeugt werden, welche ihre Verwendung in der Tankwand anstelle einer Metallplatte ermöglicht. Wie Fig. 4 zeigt, werden in der Reihe E mehrere Hitzeübertragungsplatten 50 verwendet, welche die gleiche Höhe wie die in der Reihe verwendeten Metallplatten aufweisen. Die Kanten der Hitzeübertragungsplatten 50 werden mit den angrenzenden Kanten der anderen in der Tankwand verwendeten Metallplatten durch die übliche Stumpfschweißung verbunden. Das Ergebnis ist eine sowohl innen als auch außen im wesentlichen glatte Tankwand, die mit verhältnismäßig geringen Kosten hergestellt werden kann.

Die Anzahl und Größe der in einem Tank verwendeten Hitzeübertragungsplatten 50 wird durch die Verwendung bestimmt, die der Tank finden soll, durch die Dicke der Isolierung und durch die für den Flüssigkeitsinhalt erforderliche Temperatur. Für die Gärung und Alterung von Bier sollen die Platten im Bier während eines Zeitraumes von vierundzwanzig Stunden eine Temperaturveränderung von 5,6° C bewirken können. Die Hitzeübertragungsplatten können in einer Reihe, in mehreren Reihen oder in der Tankwand verteilt angeordnet werden.

Das Medium wird durch die Hitzeübertragungsplatten 50 mittels einer Einlaßleitung ^ und einer Auslaßleitung 56 (Figuren 5 und 2) in Umlauf gesetzt, mit denen jede Platte versehen ist. Das Medium kann ein Gas oder eine Flüssigkeit sein und eine höhere oder niedrigere Temperatur als der Tankinhalt aufweisen, um denselben zu erhitzen oder abzukühlen. Die B strukturelle Festigkeit der Hitzeübertragungsplatten 50 ermöglicht den Umlauf eines Mediums durch dieselben unter einem verhältnismäßig hohen Druck. Dieselben können daher Drücken von mehr als 10,5 kp/cm² Widerstand leisten, was mehr als ausreichend ist, um den

R 88/1 209818/0038

-¹⁸- 2U9986

direkten Umlauf von flüssigem Ammoniak durch die Platten für Kühlzwecke zu ermöglichen. Gewöhnlich wird eine Ammoniakkälteanlage verwendet, um zuerst Salzsole oder Äthylenglykol zu kühlen. Die gekühlte Salzsole oder das Äthylenglykol wird dann in einem Wäarmetauscher in Umlauf gesetzt, um das Bier zu kühlen, weil der Wärmetauscher dem Hochdruckammoniak keinen Widerstand leisten kann. Der beschriebene Tank vermeidet die Notwendigkeit, Salzsole oder Äthylenglykol zu kühlen, und ermöglicht die direkte Zirkulation flüssigen Ammoniaks durch die Hitzeübertragungsplatten 50, wodurch die Kälteinstallation vereinfacht und die Kosten gesenkt werden. Da flüssiges Ammoniak direkt verwendet werden kann, kann eine größere Wirksamkeit der Kühlung er-' zielt werden als mit Salzsole oder Äthylenglykol, was die Verwendung einer kleineren Kühlungsoberfläche ermöglicht, als sonst erforderlich wäre.

In der Nähe des Bodens des Tanks 10 ist in der Mitte ein Verteiler 60 (Figuren 2, 6 und 7) angeordnet, der auf Füßen 61 abgestützt ist, aber oberhalb des Bodens 16 des Tanks. Der Verteiler 60 weist eine Oberseite 64, eine Unterseite 65 und Wände 66 auf, und ist kreuzförmig ausgebildet. Ein Rohr 62 ist von der Außenseite des Tanks mit dem Verteiler 60 verbunden und führt demselben Kohlendioxydgas zu, das durch öffnungen 63 in der Oberseite des Verteilers nach oben austritt. Es kann irgendeine erforderliche Anzahl von öffnungen verwendet werden, um die erforderliche Gasmenge mit einer annehmbaren Geschwindigkeit zuzuführen. Bei der Verwendung für die Bierherstellung ist der Verteiler 60 genügend hoch oberhalb des Tankbodens angeordnet, um eine Störung der auf dem Boden abgesetzten oder sich absetzenden Hefe zu vermeiden. Selbstverständlich braucht im Tank kein Verteiler angeordnet zu werden, wenn der Tank für einen Zweck verwendet werden soll, der leine Zuführung von Kohlendioxyd erfordert. Der Tank, der mit den neuen Hitzeübertragungseinrichtungen versehen ist, kann außer der Bierherstellung noch für andere Zwecke Verwendung finden und ist daher als ein

209818/0038

Mehrzwecktank anzusehen.

Das Gemisch aus abgesetzter Hefe und ausgefällten festen Stoffen kann durch die Leitung 17 mittels einer Verdrängerpumpe mit geregelter Drehzahl entfernt werden. Die Pumpe kann kontinuierlich, intermittierend oder nur während der letzten Absetzungsphase der Gärung betätigt werden, um die Hefe und die ausgefällten festen Stoffe zu entfernen, wenn sich dieselben absetzen und zum Scheitel des konischen Bodens bewegen. Die Pumpgeschwindigkeit kann eingestellt werden, um die festen Stoffe zu entfernen, ohne eine übermäßige Menge grünen Biers abzuziehen. Mit dem Pumpen kann auch erst begonnen werden, nachdem das Absetzen der Hefe und der ausgefällten festen Stoffe beendet ist. Die Pumpgeschwindigkeit wird so eingestellt, daß sie sich der Strömung der Hefe und der ausgefällten festen Stoffe zum Scheitel des Kegels unter dem Einfluß der Schwerkraft anpaßt, um das Abziehen einer übermäßigen Menge grünen Biers zu vermeiden.

Um die Entfernung der festen Stoffe zu unterstützen, welche sich auf dem Boden des Tanks absetzen und welche entweder von der Bierherstellung oder einem anderen in dem Tank ausgeführten Verarbeitungsvorgang herrühren, kann ein rohrförmiges Element oder ein Ring 70 im Inneren angrenzend an die Verbindungsstelle des Tankbodens 16 und der Wand 22 durch Abstandsstützen 72 in einer von der angrenzenden Innenseite des Tanks etwas entfernten Stellung angeordnet werden (Figuren 2, 3 und 8). Der Durchmesser des Ringes 70 ist etwas kleiner als jener des Tanks, damit die festen Stoffe rund um den Ring auf beiden Seiten nach unten strömen können. Der Ring 70 ist mit einer Vielzahl von öffnungen 73 versehen, um aus demselben austretende Flüssigkeit nach unten längs des Tankbodens gegen die Mitte des Bodens zu lenken. Diese Flüssigkeitsströmung bewegt die festen Stoffe längs des Bodens zur öffnung 19, von wo dieselben durch die Leitung 17 abgeführt werden. Wie Fig. 8 zeigt, ist die Leitung 17 mit der Verdrängerpumpe 73 verbunden, um Flüssigkeit

209818/0038

und feste Stoffe zu entfernen. Die Pumpe 73 drückt das Gemisch durch das Filter 74 oder eine andere entsprechende Einrichtung, um die festen Stoffe abzutrennen. Die Flüssigkeit wird dann in die Leitung 71 gefördert. Die Flüssigkeit wird durch die Leitung 71 in einer für diesen Zweck benötigten Menge wieder dem Ring 70 zugeführt. Wenn beim Gebrauch des Tanks keine festen Stoffe auftreten, braucht selbstverständlich der Ring 70 nicht angeordnet zu werden. Bei der Bierherstellung stellt die Verwendung des Ringes ein wichtiges Merkmal dar, um die Entfernung der Hefe und anderer fester Stoffe zu erzielen, wie nachstehend beschrieben wird. Obwohl ein Tank mit einem tiefen konischen . Boden versehen werden könnte, um die Entfernung der festen Stoffe zu erleichtern, wäre dies unwirtschaftlich, weil der Tank viel höher gemacht werden müßte und mehr kostspielige Materialien zu seiner Konstruktion notwendig wären.

Die in Fig. 9 gezeigte Ausführungsform des Tanks ist ähnlich jener der Figur 8 mit der Ausnahme, daß der Tank der Figur 9 nicht mit dem in Fig. 8 gezeigten Ring 70 versehen ist. Gemäß Fig. 9 werden Flüssigkeit und feste Stoffe durch die Leitung 17A mittels des Zentrifugalabscheiders 80 abgeführt. Die festen Stoffe werden durch die Leitung 81 ausgeschieden, während die Flüssigkeit durch die Leitung 71A in den Tank zurückgeführt wird. Dieses System kann verwendet werden, wenn die zurückge-) führte Flüssigkeit nicht dazu dienen soll, das Absetzen der festen Stoffe und deren Entfernung zu unterstützen.

Obwohl der beschriebene Tank und seine verschiedenen Ausführungsformen für andere Zwecke verwendet werden können, ist derselbe hauptsächlich als ein außenliegender Tank zum Herstellen von Bier unter Verwendung des vorstehend beschriebenen neuartigen Verfahrens bestimmt. Seine Verwendung bei der Bierherstellung wird daher nachstehend unter besonderer Bezugnahme auf dieses Verfahren beschrieben.

209818/0038

R 88/1

Die vorher vorbereitete Würze wird durch die Leitung 17 in den Tank 10 gepumpt, bis etwa neun Zehntel desselben gefüllt sind. Das obere Zehntel des Inneren des Tanks wird später von Schaum eingenommen, der bei der Gärung des Biers gebildet wird. Die Würze kann mit Hefe versetzt werden, wenn dieselbe in den Tank gepumpt wird oder nachdem sie sich im Tank befindet..

Die Hauptgärung wird gewöhnlich bei einer Temperatur von 4,44 bis 23,89° C ausgeführt, während die Nachgärung bei beträchtlich niedrigeren Temperaturen erfolgen kann, die entsprechend einem absteigenden Temperaturschema im Bereich von 10,00 bis -1,67° C liegen. Der spezifische Temperaturzyklus wird gewählt, um das Wachstum und die Gärung für die verwendete besondere Hefe zu erleichtern. Die Temperatur der Flüssigkeit im Tank wird geregelt, indem ein Heiz- oder Kühlmedium durch die Hitzeübertragungsplatten 50 geleitet wird. Kühlung ist im allgemeinen erforderlich, um die durch die gärende Hefe erzeugte Hitze abzuführen. Bei fortschreitender Gärung wird Kohlendioxydgas durch den Verteiler 60 zugeführt und dasselbe steigt auf, um eine Aufwärtsströmung des mittleren Teils der Flüssigkeit zu bewirken. Die Abwärtsströmung der Flüssigkeit längs der Tankwand unterstützt das Absetzen der Hefe, indem dieselbe auf den Boden gebracht und in einer verhältnismäßig ruhigen Zone abgelagert wird. Das Kohlendioxyd kann durch die Leitung 34 wiedergewonnen, gereinigt β und gewünschtenfalls wieder verwendet werden. Gleichzeitig senkt die Kühlwirkung der Hitzeübertragungsplatten 50 die Temperatur der an dasTankinnere angrenzenden Flüssigkeit und veranlaßt dieselbe, nach unten zu strömen. Der sich ergebende geringe Flüssigkeitskreislauf bringt die Temperatur der Flüssigkeitsmasse in einen engen Bereich. Der größte Temperaturunterschied zwischen verschiedenen Stellen in der Flüssigkeitsmasse kann auf weniger als 0,2° C gesenkt werden. Gegen Ende des Kühlzyklus kann der Temperaturunterschied zwischen dem Kühlmantel und der Flüssigkeitsmasse weniger als 2,8° C betragen. Die mittels der Einführung von Kohlendioxyd indu- .

κββ/1 209818/0038

zierte Konvektion macht es möglich, die Abkühlung wirksam auszuführen, während zwischen dem Kühlmantel und der Flüssigkeits masse ein Temperaturunterschied von nicht mehr als 0,5° C aufrecht erhalten wird. Auf diese Weise ist es möglich, daß die Endtemperatur in der Flüssigkeitsmasse von ihrem Gefrierpunkt auf etwa 0,5° gebracht werden kann, ohne Eisbildung auf der Kühloberfläche zu bewirken.

Wenn die Gärung beendet oder nahezu beendet ist, muß die Hefe entfernt werden, bevor das grüne Bier gealtert wird. Grünes Bier wird durch die Leitung 17 zusammen mit einer großen Menge Hefe abgeführt, die sich auf dem Boden des Tanks abgesetzt hat. Das grüne Bier wird gefiltert oder zentrifugiert, um die Hefe abzutrennen. Das Bier wird dann durch die Leitung 71 in den Ring 70 gepumpt und tritt durch die öffnungen 73 aus, was bewirkt, daß Flüssigkeit längs des Tankbodens fließt und die Hefe in die Leitung 17 spült. Die Abführung der Hefe wird auf diese Weise fortgesetzt, bis der Hefegehalt niedrig genug ist, um das Bier zu altern. Die Strömung von Kohlendioxyd durch den Verteiler 60 kann während der Abführung der Hefe fortgesetzt oder unterbrochen werden.

Nach der Entfernung der Hefe wird das Bier während eines Zeitraumes von zwei bis zwanzig Tagen gealtert. Die Alterungsperiode ist von der Art des hergestellten Biers, der verwendeten Hefe und anderen Faktoren abhängig. Das Bier wird gewöhnlich bei einer Temperatur von -1,67 bis 0° C gealtert, welche für das Hefewachstum zu niedrig ist. Das Bier kann vor oder nach der Entfernung der Hefe auf diese Temperatur gebracht werden, indem Kühlmedium durch die Hitzeübertragungsplatten 50 in Umlauf gesetzt wird. Außerdem kann der während der Gärung durch den Schaum eingenommene Raum mit grünem Bier aus einem anderen Tank aufgefüllt werden, da die Alterung im wesentlichen keine Schaumbildung bewirkt. Der Schaumraum von neun Tanks kann daher mit zu alterndem grünen Bier aus einem zehnten Tank aufgefüllt wer-

R 88/1 209818/0038

den und der zehnte Tank kanh dadurch für eine andere Gärung freigemacht werden. Das Bier aus dem anderen Tank kann durch den Ring 70 zugeführt werden, so daß der Füllvorgang auch das Absetzen von festen Stoffen unterstützt.

Während des Alterns wird Kohlendioxyd dem Bier durch den Verteiler 60 zugeführt, um einen geringen Kreislauf zu fördern, eine Temperaturschichtenbildung zu vermeiden und eine gleichmäßige Sättigung mit Kohlensäure zu erzielen. Beim Alterungsvorgang braucht im wesentlichen kein Gegendruck verwendet zu werden, was ermöglicht, den Vorgang in dem dünnwandigen Tank gemäß der Erfindung auszuführen. Wenn beim Alterungsvorgang ein Gegendruck verwendet werden müßte, wäre ein viel kostspieligerer, dickwandiger Tank erforderlich.

Bei fortschreitender Alterung werden unerwünschte flüchtige Stoffe mit dem Kohlendioxyd aus dem Bier ausgetrieben. Feste Stoffe werden ausgefällt und setzen sich auf dem Boden ab. Das Kohlendioxyd kann durch die Leitung 34 wiedergewonnen, gereinigt und durch die Leitung 62 wieder in Umlauf gesetzt werden. Die festen Stoffe können im Tank belassen werden, bis das Altern beendet ist, oder sie können durch die Leitung 17 periodisch abgeführt werden. Das Bier und die festen Stoffe, die durch die Leitung 17 abgeführt werden, können gefiltert oder zentrifugiert werden. Das Bier wird dann der Leitung 71 und damit dem Ring 70 zugeführt. Wenn das Bier aus den öffnungen 73 im Ring 70 austritt, unterstützt es die Abführung der festen Stoffe durch die Leitung 17.

Wenn das Altern beendet ist, kann das Bier in dem gleichen Tank fertiggestellt werden. Die bei der Fertigstellung gewöhnlich verwendeten Antioxydierungsmittel und proteolytischen Enzyme können dem Bier durch die Leitung 17 oder die Zerstäuberdüse 42 zugeführt werden. Das durch den Fertigstellungsvorgang erhaltene Bier kann mit Kohlendioxyd versetzt werden, nachdem!

209818/0038

dasselbe aus dem Tank entfernt worden ist und einem Abfüllraum zugeleitet wird.

Während die Sättigung mit Kohlensäure in der beschriebenen Weise erzielt werden kann, besteht ein wichtiges Merkmal der Erfindung darin,· die Sättigung des Biers mit Kohlensäure zu bewirken, ohne einen nennenswerten Gegendruck zu verwenden.. Bei der üblichen Fertigstellung wird gewöhnlich ein Gegendruck von etwa 0,3 bis 0,95 kp/cm erzeugt, während Kohlendioxyd zugeführt wird, um das Bier mit Kohlensäure zu sättigen. Ohne einen nennenswerten Gegendruck kann der vorstehend beschriebene dünnwandige Tank für die Sättigung mit Kohlensäure verwendet werden. Beim Fertigstellungsvorgang tritt kein nennenswerter Gegendruck auf, so daß der Tank nur dem hydraulischen Druck zu widerstehen hat.

Die Sättigung des Biers mit Kohlensäure ohne einen nennenswerten Gegendruck kann gemäß diesem Merkmal der Erfindung erzielt werden, indem Kohlendioxyd in den Boden eines Biervolumens eingeführt wird, das mindestens 6,09 m hoch ist. Kohlendioxyd kann dem Bier während der Fertigstellung durch den Verteiler 60 zugeführt werden. Kohlendioxyd löst sich leicht im Bier auf, wenn dasselbe an einer Stelle eingeführt wird, die 6,09 m unterhalb der Oberfläche des Biers liegt, und das aufgelöste Kohlendioxyd tritt nicht so leicht an der Bieroberfläche aus. Der Kohlendioxydgehalt des Biers nimmt infolgedessen zu, bis an der Einführungsstelle die Sättigung erreicht ist (2,8 Volumteile Kohlendioxyd bei 0° C). Dann steigt das eingeführte Kohlendioxydgas durch das Bier auf und tritt an der Oberfläche aus. Diese Sättigung mit Kohlensäure stellt ein dynamisches Gleichgewicht her, weil das aufgelöste Kohlendioxyd mit einer geringen Geschwindigkeit weiter an der Oberfläche austritt. Dieser Verlust wird durch das an der Einführungsstelle in das Bier eingeführte Kohlendioxyd ausgeglichen. Die Einführung des Kohlendioxyds erfolgt zweckmäßig mit einer Geschwindigkeit, welche den Austritt

209818/0038

des aufgelösten Kohlendioxyds ausgleicht und eine Strömung von durch das Bier aufsteigenden Kohlendioxydbläschen erzeugt zum Zwecke der Förderung des Absetzens der festen Stoffe, der Temperaturregelung, der Regelung der Sättigung mit Kohlensäure, der Mischungs- und Betriebsregelung. Ein Hauptvorteil des Sättigungsvorgangs des Biers mit Kohlensäure unter dynamischem Gleichgewicht besteht darin, daß derselbe in einem nicht unter Druck stehenden Tank ausgeführt werden kann oder unter einem sehr geringen Gegendruck von etwa 50,8 mm Wassersäua?le, Die übliche Sättigung des Biers mit Kohlensäure wird unter einem Gegendruck von etwa 0,3 bis 0,95 kp/cm ausgeführt und es ist bei Brauern die übliche Praxis, die für die Sättigung mit Kohlensäure bestimmten Tanks für einen Konzessionsdruck von 0,95 kp/

cm auszubilden. Die Kosten eines Tanks, der so ausgebildet ist, daß er einem Druck von 0,95 kp/cm widersteht, sind beträchtlich größer als jene eines nicht unter Druck stehenden Tanks von gleicher Ausbildung und Abmessung· Die Kostenverringerung des Tanks, welche dieser Sättigungsvorgang mit Kohlensäure ermöglicht, ist besonders beträchtlich für große außenliegende Tanks, die für die Fertigstellung bestimmt sind. Selbstverständlich kann der gleiche Tank für die Gärung und Alterung, sowie auch für die Fertigstellung verwendet werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen beispielsweisen Ausführungsformen beschränkt, die verschiedene Abänderungen erfahren können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Pate ntansprüche :

_{R 88/1} 209818/0038

Claims (23)

D r.-1 ng. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln -26- 2U9986 Anlag· Aktonztidwn zur Eingab, vom 6. Oktober 1971 vA// Nam.d.Anm. The Rainier Companies, Inc. PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von Bier, dadurch gekennzeichnet,

daß ein flüssiges Gemisch aus Würze und Hefe bei einem geregelten Temperaturzyklus von -1,67 bis 23,89° C der Gärung in einem umschlossenen Tank unterworfen wird, der eine innere Bodenfläche aufweist, welche zu einem mittleren Bereich nach unten geneigt ist,

daß Kohlendioxydgas von einer äußeren Quelle einem mittleren Bereich der Flüssigkeit oberhalb des Tankbodens zugeführt wird und daß das Gas mit einer Geschwindigkeit aufsteigt, welche eine mittlere Aufwärtsströraung kälterer Flüssigkeit bewirkt und dadurch Kühlung durch induzierte Konvektion erzielt, sowie am Umfang eine Abwärtsströmung der Flüssigkeit längs und rund um die Tankwand, um Hefe zu einer Absetzungszone auf dem Boden zu fördern, in welcher nur eine minimale Störung der sich auf dem Boden absetzenden Hefe erfolgt,

daß die auf dem Boden des Tanks abgesetzte Hefe durch den unteren mittleren Bereich entfernt wird, während oder auch vor der Gärung, während oder nach der Abkühlung des Biers für die Alterung, sowie ohne dasselbe aus dem Tank zu entfernen,

daß das gealterte Bier in dem gleichen Tank gealtert wird, während Kohlendioxydgas durch das Bier aufsteigt,

daß die in dem Tank abgesetzten festen Stoffe von dem gealterten Bier abgetrennt werden und

daß das gealterte Bier einem Fertigstellungsvorgang unterworfen wird.

R 88/1 *09818/0038

-27- 2U9986

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Altern die festen Stoffe aus dem Tank entfernt werden, daß das Bier in dem gleichen Tank fertiggestellt wird, sodann abgeführt, gefiltert und mit Kohlensäure gesättigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Altern das gealterte Bier aus dem Tank entfernt, gefiltert und in einen zweiten Tank übertragen wird, in welchem dasselbe fertiggestellt wird, wobei das Bier mit Kohlensäure gesättigt wird, wenn dasselbe in den zweiten Tank übertragen wird, während es sich in dem zweiten Tank befindet oder nachdem es aus dem zweiten Tank abgeführt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank dünnwandig und so ausgebildet ist, daß derselbe einem maximalen inneren Druck von 0,86 kp/cm oberhalb des hydrostatischen Drucks widersteht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank vollständig isoliert und außenliegend angeordnet ist, so daß derselbe den äußeren Umgebungstemperaturen unterworfen ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tankwand durch Wärmeaustausch mit einem kalten Medium äußerlich gekühlt wird und daß die an die Wand angrenzende Flüssigkeit auf eine etwas niedrigere Temperatur als der Rest der Flüssigkeit gekühlt wird, so daß die nahe der Wand befindliche Flüssigkeit veranlaßt wird, nach unten zu strömen.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Hefe und andere feste Stoffe vom Boden des Tanks während oder nach der Gärung bzw. während oder nach der Alterung zusammen mit etwas Bier abgeführt werden, und daß nach der Abtrennung der Hefe oder der festen Stoffe das abgeführte Bier in den Tank

_{R 88/1} 209818/0038

-28- 2U9986

zurückgeleitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bier vom Boden des Tanks abgeführt wird, daß die festen Stoffe vom Bier abgetrennt werden und daß das Bier mit geringer Geschwindigkeit in Form einer Reihe von Strahlen längs des geneigten Tankbodens nach unten bewegt wird, um die Strömung der abgesetzten festen Stoffe zum mittleren Bereich des Bodens zu fördern, entweder während oder nach der,Gärung oder Alterung oder beider.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der W während der Gärung gebildete Schaum vor der Alterung ent-" fernt wird und daß der von dem Schaum im oberen Teil des Tanks eingenommene Raum mit ungealtertem Bier aus einer anderen Partiegärung aufgefüllt wird, bevor die Alterung beginnt.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tankwand als einen festen Bestandteil derselben dünne geschichtete Hitzeübertragungsplatten enthält, welche Durchlässe für den Umlauf des kalten Mediums aufweisen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß flüssiger Ammoniak durch die Hitzeübertragungsplatten in Umlauf gesetzt wird, um das Bier zu kühlen.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank einen konischen Boden mit einer Neigung von 5 bis 25° aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die während der Gärung abgesetzte Hefe und andere feste Stoffe vom Boden des Tanks zusammen mit Bier mit einer Geschwindigkeit abgepumpt werden, welche die Ansammlung großer Mengen des abgesetzten Materials vermeidet, da» die festen Stoffe von dem

209818/0038

abge*fciführten Bier abgetrennt werden und das Bier in den Tank zurückgeleitet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die abgesetzte Hefe und andere feste Stoffe mindestens während des größeren Teils der Gärungsperiode entfernt werden.

15. Verfahren a zum Sättigen von Bier mit Kohlensäure in einem umschlossenen Tank, bei welchem im wesentlichen kein Gegendruck erforderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlendioxydgas in gealtertes und fertiggestelltes gekühltes Bier mindestens 6,09 m unterhalb der Oberfläche des Biers eingeführt wird, um das Bier mit Kohlendioxyd zu sättigen, und daß die Einführung von Kohlendioxydgas fortgesetzt wird, um das aufgelöste Kohlendioxyd zu ersetzen, das aus dem Bier austritt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlendioxyd, das an der Bieroberfläche austritt, wiedergewonnen und wieder verwendet wird,

17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bier in dem gleichen Tank fertiggestellt wird, in dem dasselbe vergoren und gealtert wird, daß das Bier dann im wesentlichen ohne Gegendruck mit Kohlensäure gesättigt wird, indem Kohlendioxydgas mindestens 6,09 m unterhalb der Bieroberfläche in das Bier eingeführt wird, um das Bier mit Kohlendioxyd zu sättigen, und daß die Einführung von Kohlendioxydgas fortgesetzt wird, um das aufgelöste Kohlendioxyd zu ersetzen, das aus dem Bier austritt.

18. Großer außenliegender dünnwandiger Metalltank, gekennzeichnet

durch einen konischen Metallboden, der eine geringe Neigung von nicht mehr als 25° zur Waagerechten aufweist, durch eine Leitung, die am Scheitel des konischen Bo-

209818/0038

-30- 2U9986

dens mit dem Inneren des Tanks in Verbindung steht,

durch eine kreisförmige zylindrische senkrechte Metallwand, die mit dem Boden verbunden ist,

durch ein Metalldach, das mit der senkrechten Wand verbunden ist und durch dieselbe abgestützt wird,

durch eine Isolierung auf der Außenseite des Bodens, der Wand und des Daches,

durch eine Entlüftungsöffnung in dem Dach, durch einen Verteiler, der in der Mitte des Tanks im Abstand vom Boden und vom Niveau der unsuspendierten festen Stoffe angeordnet ist, die sich in demselben absetzen können, wobei der Verteiler mit einer Vielzahl von öffnungen versehen ist, durch welche Kohlendioxydgas in die Flüssigkeit im Tank austreten kann, und

durch eine Leitung, die von der Außenseite des Tanks zum Verteiler führt, um demselben Kohlendioxyd zuzuführen.

19. Tank nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch einen rohrförmigen Ring, der innerhalb des Tanks angrenzend an den Umfang des Bodens angeordnet ist, durch eine Leitung, die mit dem Ring und mit der Außenseite des Tanks in Verbindung steht, um dem Ring Flüssigkeit zuzuführen, und durch eine Vielzahl von öffnungen in dem Ring, durch welche Druckflüssigkeit längs des geneigten Bodens austreten kann, um die festen Stoffe zwecks Abführung in die mit dem Boden verbundene Leitung zu spülen.

20. Tank nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Boden des Tanks in Verbindung stehende Leitung mit einer Pumpe verbunden ist, um feste Stoffe und Flüssigkeit vom Tankboden abzuführen, daß eine mit der Pumpe verbundene Einrichtung die festen Stoffe von der Flüssigkeit abtrennt und daß eine Leitung die abgetrennte Flüssigkeit in den Tank zurückführt.

21. Tank nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die _R88/1 209818/0038

2U9986

Leitung, welche die abgetrennte Flüssigkeit in den Tank zurückführt, mit dem rohrförmigen Ring in Verbindung steht, der innerhalb des Tanks angrenzend an den Umfang des Bodens angeordnet ist, und daß der Ring mit einer Vielzahl von öffnungen versehen ist, durch welche die Flüssigkeit unter Druck längs des geneigten Tankbodens austreten kann.

22. Tank nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Tankwand aus mehreren Reihen besteht, daß Jede Reihe zylindrisch ist, eine gleichmäßige Höhe aufweist und aus mehreren rechteckigen Metallplatten gebildet ist, die zu einem zylindrischen Segment gekrümmt und mit_einander verbunden sind, sowie daß mindestens eine Reihe mit mehreren geschichteten rechteckigen gekrümmten HitzeUbertragungsplatten versehen ist, welche die Höhe der Reihe aufweisen und einen festen Bestandteil der Tankwand bilden,

23. Tank nach Anspruch 18, der durch ein Fundament abgestützt ist, das aus einem kreisförmigen zylindrischen senkrechten Ring aus Beton besteht, der unterhalb der Tankwand angeordnet ist, sowie aus einem die Belastung tragenden festen Material innerhalb des Ringes, das mit dem Tankboden in Berührung steht.

_{R 88/1} 209818/0038

Leerseite