DE3420540C1

DE3420540C1 - Heat exchanger for external wort boiling

Info

Publication number: DE3420540C1
Application number: DE19843420540
Authority: DE
Inventors: Rolf 4300 Essen Lambeck
Original assignee: BTE BRAUEREI TECHNIK ESSEN GMB
Current assignee: BTE BRAUEREI TECHNIK ESSEN GMB
Priority date: 1984-06-01
Filing date: 1984-06-01
Publication date: 1986-01-23

Abstract

In an arrangement for wort boiling having a reaction vessel for receiving wort, and external heat exchanger for heating the wort connected to the reaction vessel and a wort circulation pump, the heat exchanger is subdivided into a plurality of heat exchanger sections (6, 7) connected one after the other. The inlets (9, 11), to achieve a gradient in the same direction, are each arranged beneath the outlets (10, 12). The heat exchanger sections (6, 7) are designed as straight heat exchangers having inlet nozzles (9, 11) and outlet nozzles (10, 12) and are arranged in a zigzag or spiral shape. <IMAGE>

Description

Die Zick-Zack-Form von Wärmetauscherabschnitten und deren Neigung ist in anderem Zusammenhang, nämlich für Gaskühler zur Abscheidung von Kondensaten aus einem heißen Rohgas, aus der DE-OS 2701148 an sich bekannt. Bei einer Vorrichtung zur Umkehrosmose bzw. Ultrafiltration ist es ferner bekannt, mehrere Rohrmodule, durch Rohrböden verbunden, in Wendelanordnung hintereinander zu schalten. The zigzag shape of heat exchanger sections and their inclination is in a different context, namely for gas coolers for separating condensates from a hot raw gas, known per se from DE-OS 2701148. With one device for reverse osmosis or ultrafiltration, it is also known to have several tube modules, connected by tube sheets, to be connected one behind the other in a spiral arrangement.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Aufteilung Due to the division provided according to the invention

des für eine vorgegebene Heizleistung ausgelegten Wärmetauschers in mehrere, jeweils als gerade Rohrbündeltauscher ausgebildete Wärmetauscherabschnitte mit gleichgerichteter Steigung und deren Anordnung in Zick-Zack- oder Wendelform läßt sich der Wärmetauscher mit relativ kleinem Bauvolumen ausführen und insbesondere auf die jeweiligen räumlichen Verhältnisse des zugehörigen Würzegefäßes abstimmen. Dadurch kann der Wärmetauscher in durch die Anlage vorgegebenen, andererseits bisher ungenutzten Räume untergebracht werden. Trotzdem bleibt der erwünschte Syphoneffekt eines stehenden Wärmetauschers erhalten, der bekanntermaßen den Würzetransport wirksam unterstützt und die Pumpe entlastet. Dabei ist die Einstellung der gewünschten Betriebsparameter (Durchflußmenge, Durchflußgeschwindigkeit, Heizfläche, Druck und Temperaturerhöhung der Würze) einfach durchführbar. Es ergeben sich damit die betrieblichen Vorteile, wie niedriger statischer Druck und geringe Bauhöhe und damit relativ niedrige Förderleistung der Umwälzpumpe und Abfluß der Flüssigkeit aus dem Wärmetauscher unter Schwerkrafteinfluß. Die gleichgerichtete Neigung aller Wärmetauscherabschnitte und die besondere Form und Zuordnung der Zulaufstutzen zu den Wärmetauscherabschnitten gewährleisten einen vollständigen Abfluß von Würze oder Spülmittel unter Schwerkrafteinfluß.of the heat exchanger designed for a given heating output in several heat exchanger sections, each designed as a straight tube bundle exchanger with the same pitch and their arrangement in a zigzag or spiral shape the heat exchanger can be designed with a relatively small structural volume and in particular adapt to the respective spatial conditions of the associated wort container. This allows the heat exchanger to be predetermined by the system, on the other hand previously unused spaces can be accommodated. Nevertheless, the desired siphon effect remains of an upright heat exchanger, which is known to be effective in transporting the wort supports and relieves the pump. This involves setting the desired operating parameters (Flow rate, flow rate, heating surface, pressure and temperature increase the wort) is easy to implement. This results in the operational advantages such as low static pressure and low overall height and thus relatively low delivery rate the circulation pump and drainage of the liquid from the heat exchanger under the influence of gravity. The unidirectional inclination of all heat exchanger sections and the special shape and assignment of the inlet connection to the heat exchanger sections ensure a complete drainage of wort or detergent under the influence of gravity.

Ein besonders günstiger Flüssigkeitsablauf aus dem Wärmetauscher ergibt sich in Weiterbildung der Erfindung dadurch, daß die radial unterste Mantellinie des Wärmetauscherabschnitts und des asymmetrischen Reduzierstücks auf einer Geraden liegen. Ebenso ist es vorteilhaft, die hintereinandergeschalteten Röhrenbündeltauscherabschnitte einheitlich zur Horizontalen geneigt anzuordnen. A particularly favorable liquid drainage from the heat exchanger results in a development of the invention in that the radially lowermost surface line of the heat exchanger section and the asymmetrical reducer on a straight line lie. It is also advantageous to use the tube bundle exchanger sections connected in series to be arranged inclined uniformly to the horizontal.

Ferner ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die einzelnen Wärmetauscherabschnitte unterschiedliche Strömungsquerschnitte für den Würzedurchfluß aufweisen und/oder unterschiedlich große Heizflächen haben. Mit diesen Maßnahmen können verschiedene Temperaturprofile, unterschiedliche Druckbeaufschlagungen, unterschiedliche Durchlaufgeschwindigkeiten und Wärmeübergangszahlen beim Durchfluß der Würze durch den Wärmetauscher eingestellt und die Prozeßbedingungen mit einfachen Mitteln optimiert werden. Der Ablauf des mit dem Einlauf des Reaktionsgefäßes verbundenen Wärmetauscherabschnitts sollte unterhalb des normalen Würzespiegels im Reaktionsgefäß angeordnet sein, um den statischen Würzedruck auf der Pumpen-Saugseite stets größer oder wenigstens gleich demjenigen auf der Druckseite der Umwälzpumpe zu halten und so die benötigte Förderleistung der Pumpe zu minimieren. Furthermore, it is provided in a development of the invention that the individual Heat exchanger sections with different flow cross-sections for the wort flow have and / or have heating surfaces of different sizes. With these measures can have different temperature profiles, different pressures, different Flow rates and heat transfer coefficients when the wort flows through adjusted the heat exchanger and optimized the process conditions with simple means will. The flow of the heat exchanger section connected to the inlet of the reaction vessel should be placed below the normal wort level in the reaction vessel in order to the static wort pressure on the pump suction side is always greater or at least to keep the same as that on the pressure side of the circulation pump and so the required To minimize the delivery rate of the pump.

In der Zeichnung zeigt Fig. 1 schematisch eine bekannte Anordnung zum Würzekochen; F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetauschers zum Würzekochen mit zick-zackförmig hintereinander angeordneten Rohrbündeltauschern; und F i g. 3 ein alternatives Ausführungsbeispiel mit Wärmetauscherabschnitten in wendelförmiger Anordnung. In the drawing, Fig. 1 shows schematically a known arrangement for wort boiling; F i g. 2 shows an embodiment of the heat exchanger according to the invention for wort boiling with tube bundle exchangers arranged one behind the other in a zigzag shape; and F i g. 3 shows an alternative embodiment with heat exchanger sections in FIG helical arrangement.

Die bei der Erläuterung der F i g. 1 benutzten Bezugszeichen werden für übereinstimmende Teile auch in den F 1 g. 2 und 3 verwendet. The in the explanation of the F i g. 1 used reference numerals for matching parts also in the F 1 g. 2 and 3 used.

Bei dem in F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei hintereinandergeschaltete Rohrbündeltauscher 6 und 7 in einer Vertikalebene geneigt angeordnet. Die Würze-Umwälzpumpe 3 ist mit dem im unteren Bodenbereich des Reaktionsgefäßes (Würzepfanne) 2 angeordneten Ablauf 8 verbunden. Dieser kann durch mehrere Ablaufstutzen gebildet sein. Die von der Pumpe 3 geförderte Würze durchströmt den ersten Wärmetauscher 6, in dem die Temperatur der Würze von beispielsweise 100"C auf 105"C erhöht wird. Im zweiten Wärmetauscher 7 erfolgt dann eine Temperaturerhöhung auf z. B. 110°C. Da der Gegendruck im Reaktionsgefäß 2 nicht so hoch ist, daß eine Dampfbildung im Wärmetauscher 7 verhindert ist, bildet sich ein Flüssigkeitsdampfgemisch. Für dieses ist die Wärmeübergangszahl geringer als für die flüssige Phase der Würze, so daß im Wärmetauscher 7 eine höhere Energie zugeführt werden sollte. Des weiteren wird durch den thermischen Auftrieb und die Dampfblasen die Durchflußgeschwindigkeit erhöht; es kann daher zweckmäßig sein, den Durchlaßquerschnitt des Wärmetauschers in Förderrichtung zu verringern. Die gewünschten Prozeßparameter beim externen Würzekochen lassen sich durch geeignete Auslegung und Beaufschlagung der getrennten Wärmetauscher einfach verwirklichen. In the case of the FIG. The embodiment shown in FIG. 2 are two connected in series Tube bundle exchanger 6 and 7 arranged inclined in a vertical plane. The wort circulation pump 3 is arranged with the 2 arranged in the lower base area of the reaction vessel (wort copper) Process 8 connected. This can be formed by several drainage nozzles. The from the pump 3 pumped wort flows through the first heat exchanger 6, in which the The temperature of the wort is increased from 100 "C to 105" C, for example. In the second Heat exchanger 7 then takes place a temperature increase to z. B. 110 ° C. Because the back pressure in the reaction vessel 2 is not so high that vapor formation in the heat exchanger 7 is prevented, a liquid vapor mixture forms. For this is the heat transfer coefficient less than for the liquid phase of the wort, so that in the heat exchanger 7 a higher Energy should be supplied. Furthermore, it is due to the thermal buoyancy and the vapor bubbles increase the flow rate; it can therefore be expedient be to reduce the passage cross-section of the heat exchanger in the conveying direction. The desired process parameters for external wort boiling can be set using suitable Easily implement design and loading of the separate heat exchangers.

Die in V-förmiger Anordnung hintereinandergeschalteten Wärmetauscherabschnitte 6 und 7 sind derart geneigt, daß ihre Einlaufstutzen 9 bzw. 11 jeweils unterhalb der Auslaufstutzen 10 bzw. 12 liegen. Dadurch kann eine schnelle Entleerung der Wärmetauscher mit Flüssigkeitsablauf unter Schwerkraft erfolgen. Die Einlauf- und Ablaufstutzen 9, 11 und 10, 12 sind als Reduzierstücke zu benachbarten Leitungskrümmern derart asymmetrisch ausgebildet, daß ihre völlige Entleerung gewährleistet ist. Der Einlauf 13 mündet tangential in das Reaktionsgefäß wodurch eine gute Vermischung der heißen, einlaufenden Würze mit der im Reaktionsgefäß befindlichen Würze erfolgt. Die Einführung der Würze unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Reaktionsgefäß verhindert Kavitation mit störender Geräuschbildung und schädlichen Schlagwirkungen. The heat exchanger sections connected in series in a V-shaped arrangement 6 and 7 are inclined so that their inlet connection 9 and 11 respectively below the outlet nozzle 10 and 12 are located. This allows for rapid emptying of the Heat exchangers are carried out with liquid drainage under gravity. The enema and Drain nozzles 9, 11 and 10, 12 are used as reducers for adjacent pipe bends designed asymmetrically in such a way that their complete emptying is guaranteed. The inlet 13 opens tangentially into the reaction vessel, resulting in good mixing the hot, incoming wort is carried out with the wort in the reaction vessel. The introduction of the wort below the liquid level in the reaction vessel is prevented Cavitation with disturbing noise generation and harmful impact effects.

Bei dem in F i g. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier geneigte Wärmetauscherabschnitte 6, 6', 7, 7' in etwa wendelförmiger Anordnung hintereinander geschaltet. Ausbildung, Anordnung und Funktion der einzelnen Wärmetauscherabschnitte nebst Ein- und Ausläufen entsprechen im übrigen denen des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 2. Die hintereinandergeschalteten Wärmetauscherabschnitte können in alternativer Anordnung auch wendelförmig um das Reaktionsgefäß 2 herumgelegt werden, um den Raumbedarf zu minimieren. In the case of the FIG. 3 are four inclined Heat exchanger sections 6, 6 ', 7, 7' in an approximately helical arrangement one behind the other switched. Design, arrangement and function of the individual heat exchanger sections in addition to inlets and outlets, otherwise correspond to those of the exemplary embodiment according to FIG F i g. 2. The series-connected heat exchanger sections can alternatively Arrangement can also be placed helically around the reaction vessel 2 to take up the space to minimize.

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Claims

Claims: 1. Heat exchanger for external wort boiling by means of a wort circulation pump, consisting of several heat exchanger sections connected in series, characterized in that the heat exchanger sections (6, 7; 6, 6 ', 7, 7') each are designed as a straight tube bundle exchanger to achieve a rectified Incline are arranged in a zigzag or helical shape and that the inlet and outlet connections the tube bundle exchanger is designed as asymmetrical reducers (9, 11) in this way are that in the installation position every wall area that comes into contact with the wort the reducers (9, 11) ensure an unimpeded flow of liquid Has inclination.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the radially lowermost surface line of the heat exchanger section (6, 6 ', 7, 7') and the asymmetrical reducer (9, 11) lie on a straight line.

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that that the series-connected heat exchanger sections (6, 7; 6, 6 ', 7, 7') are arranged inclined uniformly to the horizontal.

4. Heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the individual heat exchanger sections (6, 7; 6, 6 ', 7, 7') are different Have flow cross-sections for the wort flow.

5. Heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the individual heat exchanger sections (6, 7; 6, 6 ', 7, 7') of different sizes Have heating surfaces.

The invention relates to a heat exchanger for external wort boiling according to the generic term of the patent

claim 1.

The processes involved in wort boiling are extremely complex. she can be roughly summarized as follows: 1. Solution and isomerization the bitter substances; 2. Coagulation of protein; 3. Removal of unwanted flavors; 4. Concentration or evaporation of the wort; 5. Formation of reducing substances and flavorings; 6. Inactivation of the remaining enzymes; and 7. biological Stabilization (sterilization).

These conversions can be shortened by increasing the pressure and temperature will. One tries to use this effect with the so-called external cooking.

A known arrangement for external wort boiling is 1 g in FIG. 1 shown schematically. In a heat exchanger designed as a straight tube bundle exchanger 1, the wort located in a reaction or wort vessel 2 is applied under pressure Temperatures between 104 and 112 "C. A circulation pump 3 provides the in usually continuous circulation of the Wort from the wort vessel 2, through the heat exchanger 1 and a pipe 4 back into the wort vessel 2. When designing the heat exchanger 1 are the operating parameters of the associated wort boiling system, in particular the flow rate and speed, the heating power and required heating surface and the efficiency of the heat exchanger must be taken into account. To have an acceptable heat transfer between To ensure heating surfaces and the heated medium and too strong a caramelization effect A flow rate of 2 m / sec has to be avoided on the heating surfaces Proven to be useful.

However, such a flow rate can be achieved with sufficient Heating capacities and throughput quantities only with relatively long heat exchangers - usually tubular heat exchangers - achieve.

In the case of the in FIG. 1 towers above the vertical arrangement shown the heat exchanger 1, the reaction vessel 2. Especially when a Heat exchangers for external wort boiling are therefore cost-driving modifications For example, required in the area of the roof structure. The great height of the Heat exchanger leads to relatively high static pressures, which is in addition to the circulation capacity must be applied by the circulation pump 3.

Since the bend of the return line 4 at this height of the heat exchanger is above the normal wort level 5, the partially located in the vapor phase Tear off the wort flow just in the elbow area.

Similar spatial problems and a considerable amount of space result is also found in the known horizontal arrangement of a tube bundle exchanger. The lying one (Horizontal) arrangement has the additional disadvantage that in the heat exchanger liquid cannot drain completely under gravity.

A known from DE-OS 31 06 875 heat exchanger of the generic type Art consists of horizontally arranged double tube exchanger sections, one below the other are connected by elbows. This cascade connection of the heat exchanger sections conditional on maintaining suitable values of flow rate, flow rate and heating power is a considerable construction volume compared to the tube bundle exchangers. Due to the horizontal arrangement of the heat exchanger sections, one is unhindered Liquid drainage is only possible if the flow cross-sections are straight The heat exchanger tubes are larger than or equal to the adjoining tube bends.

The object of the invention is to provide the heat exchanger mentioned at the beginning to train and arrange for wort boiling in such a way that if the specified optimal values of flow rate, flow rate and energy supply on the one hand Can be assigned to a reaction vessel to save space and, on the other hand, when emptying or cleaning the heat exchanger sections an unimpeded and complete liquid drainage is guaranteed.

This object is achieved by the characterizing features of the patent claim 1 solved.