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Dokumentenidentifikation DE102006037368A1 09.08.2007
Titel Verfahren zum Kochen von Läuterwürze, Verfahren zum Brauen von Bier, entsprechende Anlage und Verfahren zum Umrüsten einer solchen Anlage
Anmelder Roth, Wolfgang, 89168 Niederstotzingen, DE
Erfinder Roth, Wolfgang, 89168 Niederstotzingen, DE
Vertreter Patentanwaltskanzlei Liermann-Castell, 52349 Düren
DE-Anmeldedatum 09.08.2006
DE-Aktenzeichen 102006037368
Offenlegungstag 09.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.08.2007
IPC-Hauptklasse C12C 7/22(2006.01)A, F, I, 20060809, B, H, DE
Zusammenfassung Ein Verfahren und eine Anlage zum Brauen von Bier oder zum Kochen von Läuterwürze werden vorgestellt, wobei jeweils einem Kochschwaden entnommene Energie zum Erhitzen der Läuterwürze verwendet wird. Auf diese Weise können erhebliche Kosten eingespart werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kochen von Läuterwürze, ein Verfahren zum Brauen von Bier, eine Anlage zum Brauen von Bier oder zum Kochen von Läuterwürze sowie ein Verfahren zum Umrüsten einer solchen Anlage.

Zur Herstellung von Bierwürze werden verschiedene Prozesse durchlaufen. Im Sudhaus werden vor allem vier Prozesse durchgeführt, nämlich das Maischen, das Läutern, das Würzekochen und das Würzekühlen.

Das Läutern erfolgt in einem Läuterbottich. Von dort wird der Würzesud in die Maische-Würze-Pfanne gepumpt und dort zum Kochen gebracht. Für diesen Prozess, das so genannte „Kochen von Läuterwürze in einer Würzepfanne" muss Energie zugeführt werden. Beim Würzekochen sollen unerwünschte Aromakomponenten ausgedampft werden.

Das Aufheizen der Läuterwürze in der Maische-Würze-Pfanne erfolgt über Zufuhr von Primärenergie, in der Regel in Form von Heizdampf, Hochdruckheißwasser oder direkter Befeuerung der Würzepfanne mittels Öl- oder Gasbrennern. Die zugeführte Energie bringt die Würze zum Kochen, der Kochschwaden („Brüden" genannt) wird über ein Dunstrohr nach außen abgeleitet. Die zugesetzte Energie geht hierbei allerdings verloren.

Um diesem Energieverlust entgegen zu wirken, setzen Brauereien Dunstkondensatoren ein, welche die Energie aus dem Brüden entziehen und Kaltwasser erwärmen. Das hierbei erzeugte Warmwasser wird beispielsweise zum Reinigen des Brauhauses eingesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Verfügung zu stellen.

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung löst diese Aufgabe ein Verfahren zum Kochen von Läuterwürze in einer Würzepfanne, welche von einem Läuterbottich direkt gespeist wird, wobei einem Kochschwaden entnommene Energie zum Erhitzen der Läuterwürze verwendet wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die den Brüden entnommene Energie deutlich mehr Warmwasser erzeugt als anschließend in den Betrieben sinnvoll verwertet werden kann. So wird immer noch ein großer Teil der beim Würzekochen zugefügten Energie als warme Abluft oder als warmes Abwasser aus dem Betrieb geleitet. Der vorgestellte Aspekt der Erfindung sieht also – einfach ausgedrückt – einen verbesserten Energiekreislauf im Sudhaus vor.

Der Würzesud hat im Läuterbottich in der Regel eine Temperatur von höchstens 76 Grad Celsius. Bei dieser Temperatur sollen sich im Läuterbottich Abbauprozesse für Eiweiße, Zucker und andere organische Stoffe abspielen.

Auf dem direkten Pumpweg vom Läuterbottich zur Maische-Würze-Pfanne kühlt sich der Würzesud in der Regel auf etwa 72 Grad Celsius bis 74 Grad Celsius ab.

Um den Würzesud in der Maische-Würze-Pfanne sodann auf die notwendige Temperatur von 100 Grad Celsius zu erhöhen, bestehen zwei Möglichkeiten: Zum einen kann Primärenergie direkt der Maische-Würze-Pfanne zugeführt werden, beispielsweise über einen Brenner. Zum anderen besteht die Möglichkeit, den Würzesud durch eine Pumpleitung der Maische-Würze-Pfanne zu entnehmen und in einem sogenannten Außenkocher auf die erforderliche Temperatur zu erhöhen. Der Sud mit einer Temperatur von etwa 100 Grad Celsius wird dann wieder in die Würze-Pfanne eingeschichtet, in der Regel von oben über einen Prallschirm. Der Außenkocher selbst kann beispielsweise über Heißdampf die Energie beziehen, welche er an den ihn durchströmenden Würzesud weitergibt. Üblich vorkommende Temperaturwerte sind bei solchen Anlagen, dass der der Pfanne entnommene Würzesud etwa 72 Grad Celsius aufweist und im Außenkocher auf 100 Grad Celsius erhöht wird.

Mit einem Verfahren der hier vorgeschlagenen Art wird dem Kochschwaden eines vorherigen Kochvorgangs entnommene Energie dazu verwendet, die Läuterwürze zu erhitzen, sie also von ihrer Ausgangstemperatur bereits auf ein Energieniveau zu erhitzen, welches die zusätzliche Energieanforderung für den Außenkocher beziehungsweise für die Primärenergiezufuhr zur Pfanne reduziert. Von der Ausgangstemperatur von etwa 72 Grad Celsius bis 74 Grad Celsius wird dem Würzesud somit zweifach Wärmeenergie zugeführt, nämlich einmal in Form des Erhitzens aus Energie vom Kochschwaden, und einmal über diejenige Energiequelle, welche ansonsten die gesamte Temperaturerhöhung von etwa 72 Grad Celsius bis 74 Grad Celsius bis auf die Kochtemperatur von etwa 100 Grad Celsius bewirkt.

So ist es beispielsweise denkbar, dass die gemäß dem vorgestellten Aspekt der Erfindung im Kreislauf wieder verwendete Energie den Würzesud auf etwa 93 Grad Celsius erhitzt, sodass ein Außenkocher in einem separaten Sudkreislauf oder eine Primärenergiezufuhr an der Pfanne nur noch die Energie für eine Temperaturerhöhung um etwa 7 Grad Celsius zufügen muss.

In jedem Falle wird ein erhebliches Maß der ansonsten zuzuführenden Energie durch ansonsten abgeführte Energie ersetzt und somit eingespart, was zu erheblichen Kosteneinsparungen führt.

Es wird vorgeschlagen, dass die Energie als Heißwasservorrat zwischengespeichert wird. Zum einen weisen Sudhäuser ohnehin oft Wärmetauscher auf, welche die Energie des Kochschwadens in Heißwasser überführen. Zum anderen lässt sich Heißwasser besonders gut transportieren und über einen Wärmetauscher relativ leicht und effizient dazu bringen, seine Energie an Würzesud mit geringerer Energiehöhe abzugeben.

Dem Kochschwaden wird die Energie bevorzugt über eine Kondensationseinrichtung entnommen. Eine Kondensationseinrichtung hat sich auch bei bestehenden Anlagen bewährt, um die Kochschwaden abzukühlen.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei einem Verfahren der vorgestellten Art die Läuterwürze der Würzepfanne entnommen, dann durch einen Läuterwürzeerhitzer erhitzt und anschließend zurück in die Würzepfanne geführt. Es wurde bereits erläutert, dass an die Würzepfanne ein Kreislauf angeschlossen sein kann, welcher bei herkömmlichen Verfahren dazu verwendet wird, den Sud auf Kochtemperatur zu bringen und dann wieder in die Pfanne einzuschichten. Ein solcher Kreislauf kann ohne weiteres um einen Läuterwürzeerhitzer ergänzt werden, sodass der vorhandene Außenkocher einen Würzesud mit deutlich erhöhter Temperatur zugeführt bekommt. Alternativ lässt sich vorstellen, dass an eine Pfanne mit Primärenergiezufuhr zum Kochen des Würzesudes ein Kreislauf angeschlossen wird, welcher für eine Vorerhitzung der Läuterwürze sorgt, so dass die Primärenergiezufuhr zur Pfanne gegenüber herkömmlichen Verfahren gedrosselt werden kann.

Bereits mit einer geringen Nutzung der wiedergewonnenen Energie aus dem Kochschwaden bewirkt die Erfindung Einsparungen. Insbesondere wird jedoch vorgeschlagen, dass die Läuterwürze im Läuterwürzeerhitzer auf über 75 Grad Celsius erhitzt wird. Dies ist gegenüber der regelmäßig in der Pfanne nach direkter Zuführung vom Bottich vorhandenen Temperatur von etwa 72 Grad Celsius bis etwa 74 Grad Celsius eine Erhöhung. Es versteht sich, dass ein entsprechendes Mehrmaß an Energie eingespart werden kann, wenn die Läuterwürze im Läuterwürzeerhitzer auf über 85 Grad Celsius erhitzt wird.

Bei Berechnungen des Erfinders haben sich Konstellationen als besonders vorteilhaft erwiesen, bei welchen die Läuterwürze im Läuterwürzeerhitzer auf über 90 Grad Celsius erhitzt wird, vor allem auf etwa 93 Grad Celsius.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung löst die gestellte Aufgabe ein Verfahren zum Brauen von Bier, wobei zunächst Läuterwürze von einem Läuterbottich mit einer Temperatur von etwa 72 Grad Celsius bis etwa 74 Grad Celsius zu einer Würzepfanne geführt wird, wobei die Läuterwürze mit von einem Kochschwaden entnommener Energie erhitzt wird.

Es versteht sich, dass die wiedergewonnene Energie nicht nur das Kochverfahren wirtschaftlicher macht, sondern auch das gesamte Verfahren zum Brauen von Bier.

Ebenso versteht es sich, dass eine Anlage zum Brauen von Bier oder zum Kochen von Läuterwürze ebenfalls von den vorgestellten Vorteilen unmittelbar profitiert, wenn sie eine Einrichtung zum Erhitzen der Läuterwürze mit einem Kochschwaden entnommener Energie aufweist.

Es wurde bereits angedeutet, dass auch bestehende Anlagen mit relativ geringem Aufwand so umgerüstet werden können, dass die der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis der möglichen Energierückgewinnung unmittelbar vorteilhaft umgesetzt wird. Hierzu ist lediglich erforderlich, eine Einrichtung zu installieren, welche einem Kochschwaden entnommene Energie zum Erhitzen der Läuterwürze verwenden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei können gleiche oder funktional gleiche Bauelemente identische Bezugsziffern tragen. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung der Flüssigkeitsströme in einem Sudhaus mit einem Außenkocher zum Kochen von Läuterwürze und mit einem vorgeschalteten Läuterwürzeerhitzer sowie

2 eine schematische Darstellung ähnlich 1, jedoch mit direkter Primärenergiezufuhr zu einer Würzepfanne und einem Erhitzungskreislauf mit einem Läuterwürzeerhitzer.

Gemäß dem Anlagenschema in 1 weist ein Sudhaus zunächst einen Läuterbottich 1 auf, in welchem bei einer Temperatur von etwa 76 Grad Celsius diverse Abbauprozesse stattfinden. Verdunstende und verdampfende Stoffe werden über ein Dunstrohr 2 des Läuterbottichs 1 an die Umwelt abgeführt.

Sobald der Sud im Läuterbottich die erforderliche Qualität erreicht hat, wird der Sud über eine Speiseleitung 3 in eine Maische-Würze-Pfanne 4 gepumpt. Das Temperaturniveau des sich in der Pfanne 4 sammelnden Sudes liegt in der Regel bei etwa 73 Grad Celsius. Die Dauer dieses Prozesses, in welcher der Sud in der Pfanne 4 gesammelt wird, kann beispielsweise etwa 2 Stunden betragen.

Bei einem Füllstand in der Pfanne 4 von etwa 75 Prozent beginnt eine Pumpe 5 in einem Erhitzungskreislauf 6, den Sud aus der Pfanne 4 durch eine Bodenöffnung 7 abzupumpen. Der Sud wird auf diese Weise durch eine Erhitzerzufuhr 6a hin zu einem Wärmetauscher 6b geführt. Im weiteren Verlauf wird der Sud durch einen Außenkocher 6c geführt und über eine Heißleitung 6d von oben über einen Prallschirm 8 in die Pfanne 4 wieder eingeschichtet. Auf diese Weise wird immer die gerade kühlste Sudmenge in der Pfanne 4 von der Pumpe 5 durch den Kreislauf 6 gepumpt.

Der entnommene Sud hat in der Zuführleitung 6a eine Temperatur von etwa 72 Grad Celsius und gelangt mit diesem Temperaturniveau in den Wärmetauscher 6b. Der Wärmetauscher 6b wird rückwärtig von einem Heißwassertank 9 über eine dortige Läuterwürzeerhitzpumpe 10 gespeist. Diese pumpt von einer am oberen Ende 11 des Speichers 9 gelegenen Entnahmestelle das jeweils gerade heißeste Wasser im Speichertank 9 durch einen Recycling-Kreislauf 12a, 12b in einer Förderrichtung 13, also als Gegenstrom zum Sud durch den Wärmetauscher 6b.

Der Sud, welcher mit einer Eingangstemperatur von etwa 72 Grad Celsius in den Wärmetauscher 6b strömt, wird um ein Temperaturmaß erhöht, welches neben der Konstruktion des Wärmetauschers 6b insbesondere von der Temperatur des Heißwassers 14 aus dem Heißwassertank 9 abhängt.

Da in der Maische-Würze-Pfanne 4 ein Kochprozess der Läuterwürze durchgeführt wird, hat ein aufsteigender Kochschwaden in einem Dunstrohr 15 eine Temperatur von 100 Grad Celsius. Diese wird über eine Brüdenumleitung 16 einem Kondensator 17 zugeführt, so dass der Kochschwaden kondensiert und dabei in einen Wassererhitzungskreislauf 18a, 18b so viel Energie abgibt, dass das Heißwasser 14 nahezu Kochtemperatur annimmt. Auch hier ist eine Pumpe 19 zum Erzeugen eines Gegenstroms im Kondensator 17 vorgesehen.

Wenn das Heißwasser 14 zu heiß wird, wird auf eine Kaltwasserzuleitung 20 umgeschaltet und das dann anfallende Warmwasser wird in einem Brauchwasserbehälter gespeichert.

Das niedergeschlagene Warmwasser fällt über eine Kondenswasserleitung 21 in einen Kondensatbehälter 22, welcher wiederum mit einem Dunstrohr 23 ausgerüstet ist. Hier hat das Kondensat eine Temperatur von etwa 75 Grad Celsius.

Aus dem Kondensatbehälter 22 ausströmendes Warmwasser wird über eine Pumpe 24 und einen Kondensatkühler 25 so weit abgekühlt, dass es einem öffentlichen Abwassersystem 26 zugeführt werden kann. Der Kondensatkühler 25 wird mit Brauchwasser gespeist und hat ebenfalls eine Warmwasserrückleitung.

Durch die hohe Temperatur des Heißwassers 14 im Heißwassertank 9 führt die Pumpe 10 dem Wärmetauscher 6b das Wasser mit einer Temperatur von nahezu 100 Grad Celsius zu. Bei Berechnungen des Erfinders hat sich ergeben, dass der Sud an einer Austrittsstelle 30 aus dem Wärmetauscher 6b hierdurch eine vorerhitzte Temperatur von etwa 93 Grad Celsius annehmen kann. Mit dieser Temperatur wird es dann dem Außenkocher 6c zugeführt, sodass dieser über eine Dampfzufuhr 31 den Sud lediglich von etwa 93 Grad Celsius auf 100 Grad Celsius erwärmen muss.

Wenn ein solcher Prozess für etwa 20 Minuten durchgeführt wird, kann bei geeigneter Dimensionierung der einzelnen Leitungen und Pumpen der Kochprozess bereits beginnen. Das Ausdampfen der unerwünschten Aromen in der Maische-Würze-Pfanne kann auf diese Weise mit erheblich weniger Energiezufuhr durchgeführt werden als bislang bekannt.

In vielen Fällen ist es denkbar, dass das Heißwasser 14 im Heißwasservorratsbehälter 9 im Betrieb eine Temperatur von etwa 74 Grad Celsius aufweist. Dies sind Erfahrungswerte des Erfinders. Im Röhrenwärmetauscher 17 beim Kondensieren des Kochschwadens kann diese Temperatur ohne weiteres auf 93 Grad Celsius gesteigert werden, so dass durch die Entnahme an der oberen Stelle 11 des Tanks 9 bereits ohne große Maßnahmen vorhandene Tanks mit einer Temperatur von etwa 93 Grad Celsius angezapft werden können. In ein bestehendes System müsste demnach nur ein Vorerhitzkreislauf 10, 12a, 12b, 13 eingesetzt werden und über einen Wärmetauscher 6b mit der vorhandenen Zirkulationsleitung 6 verbunden werden. Es wird deutlich, dass die vorgestellte Erfindung ohne großen Aufwand in bestehende Brauanlagen implementiert werden kann.

In der alternativen Anlage in 2 wird kein Außenkocher eingesetzt, um den Sud in der Pfanne 4 zum Kochen zu bringen, sondern stattdessen eine direkte Befeuerung 40 der Pfanne 4. Auch hier ist an die Pfanne 4 jedoch eine untere Entnahmestelle 7 angesetzt, über welche relativ kühler Sud der Pfanne 4 entnommen werden kann. Der Erhitzungskreislauf 6 führt abermals über den Wärmetauscher 6b, welcher als Läuterwürzeerhitzer dient. Es ist lediglich in der Rückführung im Kreislauf 6 kein Außenkocher 6c vorgesehen, weil das Erhöhen des Temperaturniveaus auf Kochtemperatur durch den Kocher 40 bewirkt wird.

Das Schema gemäß 1 wird als meist vorteilhaft betrachtet, da der Inhalt der Würzepfanne über das Umpumpen und den Verteilerschirm 8 im Verlauf des Umpumpens von oben nach unten geschichtet umgeladen wird. Die Läuterwürze kann hierbei im Idealfall – wie bereits geschildert – von etwa 73 Grad Celsius auf etwa 93 Grad Celsius erhitzt werden. Dies entspricht etwa 74 Prozent derjenigen Energiekosten, welche zum Erhitzen bis zur Kochtemperatur von 100 Grad Celsius erforderlich sind.

Bei direkt befeuerten Würzepfannen wie in 2 wird die Abwärme beim Kochen und/oder Erhitzen der Maische aus dem Rauchgaskamin (oft als „Feuerhund" bezeichnet) vorteilhaft zum Nachheizen des Energiespeichers verwendet.

Die beim Würzekochen anfallende Abwärme aus dem Kochschwaden eines Sudes wird somit über den Kondensator in Form von Heißwasser gewonnen und in einem gut isolierten Speichertank bevorratet. Der Speicher samt Kondensator und Zubehör ist ein in sich geschlossenes System. Die auf diese Weise zwischengespeicherte Energie kann sodann beim Folgesud zu den angedeuteten erheblichen Kosteneinsparungen führen. So haben überschlägige Berechnungen des Erfinders ergeben, dass eine Brauerei beispielsweise statt 180.000 Litern Öl bei Verwendung der Erfindung den Ölverbrauch auf etwa 70.000 Liter reduzieren kann, also auf weniger als die Hälfte.

Der Energieaufwand für die Läuterwürzeerhitzung sowie für das Kochen der Würze ist nachfolgend vereinfacht für eine beispielhafte Produktion von 110 hl Heißwürze dargestellt:

Beim Aufheizen der Würze zum Kochen sei von einer Ausschlagmenge (Ausschlagwürze heiß, AW) von 110 hl ausgegangen. Bezogen auf die Ausschlagmenge sei eine Gesamtverdampfung von 8 Prozent zugrunde gelegt. Daraus errechnet sich das erforderliche Volumen zum Füllen der Pfanne zu 118,8 hl. Um dieses Volumen an Sud von 73 Grad Celsius auf 100 Grad Celsius zu kochen, ist eine Energiemenge von 372 kW erforderlich.

Der Wirkungsgrad direkt beheizter Würzepfannen liegt zwischen 60 Prozent und 65 Prozent, die erforderliche Primärenergie liegt demnach bei etwa 617 kW.

Durch das vorgestellte Energierückführsystem wird bei direkt befeuerten Sudhäusern somit Primärenergie in Höhe von bis zu 617 kW eingespart.

Das Potential bei indirekt beheizten Sudpfannen beträgt etwa 410 kW unter Berücksichtigung eines Kesselwirkungsgrads von 90 Prozent.

Um bei der zugrunde gelegten Ausschlagmenge an Würze von 110 hl bei einer Gesamtverdampfung von 8 Prozent die Verdampfung zu erreichen, sind 550 kW an Energiezufuhr erforderlich. Wenn von einem Wirkungsgrad einer Direktbefeuerung von 60 Prozent ausgegangen wird, bedeutet dies, dass 918 kW an Energie bezogen werden müssen.

Im übrigen liegt die bei einer Verdampfung von 8 Prozent gewonnene Energiemenge über derjenigen Energiemenge, die zum Erwärmen der Läuterwürze erforderlich ist. Der Energieüberschuss wird in Form von Warmwasser in einen Warmwasserspeicher gespeist und für Reinigungs- und Sterilisationszwecke verwendet.


Anspruch[de]
Verfahren zum Kochen von Läuterwürze in einer Würzepfanne (4), welche von einem Läuterbottich (1) aus direkt (3) gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass einem Kochschwaden entnommene Energie zum Erhitzen der Läuterwürze verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie als Heißwasservorrat (14) zwischengespeichert wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kochschwaden die Energie über eine Kondensationseinrichtung (17) entnommen wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuterwürze der Würzepfanne (4) entnommen, dann durch einen Läuterwürzeerhitzer (6b) erhitzt und anschließend zurück in die Würzepfanne (4) geführt wird. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuterwürze im Läuterwürzeerhitzer (6b) auf über 75°C erhitzt wird, bevorzugt auf über 85°C, besonders bevorzugt auf über 90°C, vor allem auf etwa 93°C. Verfahren zum Brauen von Bier, wobei zunächst Läuterwürze von einem Läuterbottich (1) mit einer Temperatur von etwa 72°C bis 74°C zu einer Würzepfanne (4) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuterwürze mit einem Verfahren nach einem vorhergehenden Ansprüche erhitzt wird. Anlage zum Brauen von Bier oder zum Kochen von Läuterwürze mit einer Einrichtung (5, 6b, 7) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bzw. 6. Verfahren zum Umrüsten einer Anlage zum Brauen von Bier oder zum Kochen von Läuterwürze, wobei eine Einrichtung (5, 6b, 7) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bzw. 6 installiert wird.






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