Bei einem aus DE-A-35 04 500 bekannten Verfahren wird durch eine Druckregulie- rung im Stauraum oberhalb der Verdampferrohre und auch mit einer Verstellung der Heizdampfzufuhr eine konstante Würzetemperatur beim Auslass des Stauraumes eingestellt und gehalten.

Weiterer Stand der Technik ist enthalten in DE-A-43 04 383, DE-A-34 42 516 und DE- A-39 14 778.

Bei solchen Verfahren erfolgt mit dem Innenkocher die Umwälzung der Bierwürze nach dem Thermosiphon-Prinzip im Naturumlauf. Unter der Beheizung bilden sich in den Verdampferrohren R Dampfblasen, die die mittlere Dichte der Bierwürze herab- setzen und eine Förderkomponente m* nach oben bewirken. Beim Durchlauf der Würze durch ein Verdampferrohr stellen sich zwischen aufeinanderfolgenden Zonen- grenzen ZB, Zc, ZD, ZE und ZF verschiedene Phasen Z1 bis Z5 oder Zonen des Wär- meüberganges ein. (siehe Fig. 1). Dabei sind beginnend vom Rohreinlauf folgende Zonen zu unterscheiden : einphasige,-konvektive Anwärmzone Z1,"Blasenpelz"-Zone Z2, unterkühltes Blasensieden Z3, vollständiges Blasensieden und Konvektionssieden Z4 und Sprühkühlen Z5. In der Zone Z4 des vollständigen Blasensiedens und des Konvektionssiedens stellt sich der beste Wärmeübergang zur Würze ein. Deshalb werden Betriebszustände angestrebt, bei denen sich diese Zone über eine möglichst große Länge des Verdampferrohres erstreckt. Die nachfolgende Zone Z5 der Sprüh- kühlung sollte im Betrieb vermieden werden, da die Würze sonst thermisch sehr hoch belastet wird, das hieraus resultierende Fouling drastisch zunimmt, und auch der Wärmeübergang wieder deutlich sinkt. In der Kochphase, in der die Würze im Würze- sudbehälter annähernd Verdampfungstemperatur hat, stellen sich die einzelnen Pha- sen stationär ein. Die Ausbildung der Phasen über die Rohrlänge ist auch abhängig von geometrischen Gegebenheiten wie der Einbauhöhe, der Art und Anordnung von Würzeleitvorrichtungen und dgl. und wird bisher durch Variieren von Heizmittelpara- metern wie z. B. dem Dampfdruck, beeinflusst. Besonders kritisch ist die Aufheizpha- se, in der die Würze ihre Kochtemperatur noch nicht einmal annähemd erreicht hat. In der Aufheizphase stellt sich kein stationärer Naturumlauf ein, sondem es kommt bis- her in der Regel zu unerwünschten Pulsationen des Umlaufmassenstromes. Beim Anfahren eines Innenkochers ohne Hilfseinrichtungen erwärmt sich die Würze in den Verdampferrohren, bis Dampfblasenbildung auftritt. Hierdurch verringert sich die durchschnittliche Dichte des Zweiphasengemisches innerhalb der Rohre. Die Dichte- differenz zum umgebenden geodätischen Füllstandsdruck bewirkt eine Beschleuni- gung des Gemisches nach oben. Hierbei wird kalte Würze aus dem Würze- Sudbehälter angesaugt. Diese strömt in die Rohre nach und führt zu einer Abkühlung im Rohr, so dass die Dampfblasenbildung wieder unterbunden wird. Die einphasige Strömung kommt wegen der nun fehlenden, ausreichend großen Dichtedifferenz wie- der zum Stillstand, bis sich nach erneuter Aufheizung auf die Siedetemperatur wieder Dampfblasen gebildet haben. Diese Pulsationen bewirken in der Aufheizphase sol- cher Würzekocher undefinierte Verweilzeiten an den Rohrheizflächen, was eine uner- wünscht hohe thermische Belastung der Würze mit sich bringt. Aus Untersuchungen ist bekannt, dass bei herkömmlichen Kochvorrichtungen in der Aufheizphase sehr starke thermische Schädigungen der Würze auftreten, die sich in der Endqualität der Würze bemerkbar machen können.

Ein weiterer unerwünschter Effekt dieses Betriebsverhalten sind übermäßige ther- mischausgefällte Beläge aus der Würze an der Rohr-Heizfläche, das sog. Fouling. Durch den Fouling-Effekt wird der Wärmeübergang zwischen Rohr-Heizfläche und der Würze deutlich gemindert.

In anderen bekannten Vorrichtungen wird mittels einer Zwangsanströmung von unten versucht, diesem Effekt entgegen zu wirken. Um eine Verbesserung zu erzielen, sind hohe Umwä) zieistungen erforderlich, d. h. hohe elektrische Antriebsleistungen, und stellt sich ein überwiegend einphasiger konvektiver Wärmeübergang mit deutlich nied- rigerem Wärmeübergangskoeffizienten ein, was mit größeren Heizflächen oder höhe- ren, d. h. schädlichen, Heizmitteltemperaturen kompensiert werden muss.

Eine weitere Ausführung versucht dieser Problematik mit zusätzlichen Öffnungen im Würzeleitblech unterhalb des Würzeniveaus zu begegnen. Durch diese Öffnungen oberhalb der Rohrplatte bildet sich jedoch während der Aufheizung eine nahezu ein- phasige Konvektionsströmung mit den beschriebenen Nachteilen aus.

Bei bekannten Verfahren lässt sich auf die Massenstromrate durch den Innenkocher im wesentlichen nur über Änderungen der Heizmediumzufuhr oder Heizleistung, und zwar nur sehr begrenzt, einwirken, bei Sattdampf als Heizmedium beispielsweise durch Ändern des Sattdampfdrucks.

Bei einem Sudbehälter P mit im Naturumlauf betriebenem Röhren-Innenkocher K ist eine wichtige Kenngröße zur Charakterisierung des Betriebsverhaltens der soge- nannte scheinbare Flüssigkeitsstand oder die scheinbare Höhe hs. Die scheinbare Höhe hS wird definiert als das Verhältnis der Drucksäule hF des Gesamtdruckes unter dem Rohrbündel zur Länge des einzelnen Verdampferrohres LR (Fig. 2).

Die Drucksäule des Gesamtdruckes ist die Höhe einer Flüssigkeitssäule hF, die sich in einem fiktiven Flüssigkeitsstandrohr ST einstellen würde, welches zwischen dem Verdampferrohreinlauf und dem Brüdenraum B mit den Verdampferrohren R kommu- nizierend vorzustellen ist. Der scheinbare Flüssigkeitsstand ! ässt sich in Form einer Prozentangabe aus dem Verhältnis des Flüssigkeitsstandes in diesem fiktiven Stand- rohr ST zur Länge der Verdampferrohre LR ausweisen. <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> hF<BR> <BR> <BR> hS =<BR> LR Neben geometrischen Parametern, wie z. B. dem Rohrdurchmesser, der Rohrlänge, der Einbaulage und dem treibenden Temperaturgefälle, stellt die scheinbare Höhe o- der der scheinbare Flüssigkeitsstand hs einen zusätzlichen Parameter zur Beeinflus- sung der Ausbildung der einzelnen Wärmeübergangszonen dar. Diese sehr wesentli- che, bisher in der Praxis zu gering berücksichtigte Kenngröße hat jedoch einen ent- scheidenden Einfluss auf das Betriebsverhalten eines Innenkochers.

Das optimale Betriebsverhalten von Innenkochern mit verschiedenen Geometrien oder bei bestimmten treibenden Temperaturdifferenzen wird durch jeweils einen kor- respondierenden Wert dieser scheinbaren Höhe bestimmt. Umgekehrt lässt sich durch Beeinflussung der scheinbaren Höhe auch für unterschiedliche Geometrien und unterschiedliche treibende Temperaturdifferenzen das jeweils optimale Betriebver- halten herbeiführen, bei dem sich ein maximaler Gesamtwärmeübergang ergibt und durch einen definierten Massenumlauf kurze Verweilzeiten an den Heizflächen erhal- ten werden. Somit kann trotz optimalen Wärmeübergangs eine schonende thermische Behandlung des Produktes sichergestellt werden.

Zwischen dem scheinbaren Flüssigkeitsstand hs und dem Wärmeübergang (k-Wert) besteht ein signifikanter Zusammenhang (Fig. 7). Der k-Wert steigt nämlich für eine ausgewählte treibende Temperaturdifferenz dT mit zunehmendem scheinbarem Flüs- sigkeitstand entlang einer Kurve bis zu einem Maximum, um bei noch größerem scheinbarem Flüssigkeitsstand wieder abzufallen. Für unterschiedliche treibende Temperaturdifferenzen ergeben sich ähnliche Verlaufskurven der jeweiligen k-Werte, wobei sämtliche Verlaufskurven ihre Maxima in etwa bei dem gleichen scheinbaren Flüssigkeitsstand haben. D. h., es gibt für einen Innenkocher mit bestimmtem geomet- rischen Voraussetzungen einen scheinbaren Fiüssigkeitsstand hsS oder einen Be- reich Xs des scheinbaren Flüssigkeitsstandes, bei dem bzw. innerhalb dessen der k- Wert für verschiedene treibende Temperaturdifferenzen dT sein Maximum erreicht bzw. nahe am Maximum liegt. Dabei. setzt sich der k-Wert aus dem Wärmeübergang vom Heizmedium an die Verdampferrohraußenwand, dem Wärmetransport durch die Rohrwand und dem Wärmeübergang von der Rohrinnenwand auf die Bierwürze zu- sammen. Aufgrund dieser bekannten Zusammenhänge zeichnet sich der scheinbare Flüssigkeitsstand als eine Kenngröße aus, die das momentane Betriebsverhalten ei- nes Innenkochers gut beurteilen lässt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und einen nach dem Verfahren betreibbaren Bierwürze-Sudbehälter anzugeben, mit denen im Hinblick auf hohe Produktendqualität und insgesamt verkürzte Kochzeiten stabile Aufheiz-und Kochbetriebszustände mit definierten Verweilzeiten der Bierwürze im Innenkocher erreichbar sind.

Die gestellte Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1, des An- spruchs 9 und bezüglich des Fouling mit denen des Anspruchs 8.

Verfahrensgemäß wird im Hinblick auf die bekannten geometrischen Verhältnisse des Innenkochers für diesen ein Soll-Wert des scheinbaren Flüssigkeitsstandes festgelegt, bei dem der Wärmeübergang (k-Wert) am oder beim Maximum ist. Der Sollwert wird so gewählt, dass sich in der Aufheiz-und der Kochphase ein quasi stationärer Be- triebszustand mit stabilem Umlauf des Massenstroms einstellt. Auf diese Weise wird vorab die Erkenntnis berücksichtigt, dass bei den gegebenen geometrischen Verhält- nissen und den gegebenen treibenden Temperaturdifferenzen der scheinbare Flus- sigkeitsstand erheblichen Einfluss auf die Bierwürze-Massenstromrate gewinnt. Auf der Basis dieser Erkenntnis wird der Prozess des Aufheizens und Kochens der Bier- würze in dem Bierwürze-Sudbehälter im Hinblick auf hohe Prozess-Effizienz ohne Qualitätsbeeinträchtigung der Bierwürze geregelt.

Bei dem Verfahren zur Regelung des tnnenkochers werden beim Aufheizen durch ei- ne definierte Drosselung des Zulaufes Pulsationen vermieden oder stark vermindert.

Es wird der Zulauf zunächst soweit gedrosselt, dass sich beim Nachströmen von un- terkühiter Würze in die Verdampferrohre ein quasi stationärer Zustand in Bezug auf die Ausbildung der oben beschriebenen Phasen und ein kontinuierlicher umlaufender Massenstrom durch die Rohre einstellen. Durch die Eindrosselung wird erreicht, dass die zufließende Würze in nur einem Durchlauf auf Siedetemperatur aufgeheizt und ein zum Umlauf notwendiger Massenstromanteil der Würze verdampft wird. Der Grad der Eindrosselung wird in Abhängigkeit von der scheinbaren Höhe oder einem repräsen- tativem Druck und der treibenden Temperaturdifferenz zwischen Würze und Heizme- dium oder einer repräsentativen Würzetemperatur gewählt. Im Aufheizbetrieb wird mit Ansteigen der Würzetemperatur auf Siedetemperatur der Grad der Drosselung konti- nuierlich reduziert. Hierbei nimmt der Massendampfstrom in den Kocherrohren eben- falls kontinuierlich bis zum Erreichen des stationären Kochbetriebes zu, bei dem die Würze Siedetemperatur erreicht, da die zum Aufheizen der unterkühiten Würze auf Siedetemperatur erforderliche Heizleistung mit zunehmender Erwärmung der Ge- samtwürze im Sudgefäß kontinuierlich abnimmt.

Entsprechend den geometrischen Verhältnissen des Innenkochers wird dem ist-Wert der treibenden Temperaturdifferenz ein Soll-Wert der scheinbaren Höhe als Regel- größe zugeordnet. Durch die Abhängigkeit von der treibenden Temperaturdifferenz kann die Regelung so angepasst werden, dass ein stetiger Übergang von der Auf- heizphase in die Kochphase gewährleistet und stets ein kontinuierliches Umlaufver- halten mit definierten Verweilzeiten der Würze in den Kocherrohren sichergestellt sind.

Durch Regelung des den Verdampferrohren zulaufenden Massenstroms wird der Ist- Wert an den Soll-Wert angeglichen, so dass sich das gewünschte quasi stationäre Betriebsverhalten einstellt. Daraus resultieren definierte Verweilzeiten der Bierwürze in den Verdampferrohren. Es lassen sich das Pulsieren in der Aufheizphase weitge- hend mildern oder sogar eliminieren und trotz kurzer Aufheizzeit eine Qualitätsbeein- trächtigung der Bierwürze aufgrund thermischer Überbelastungen vermeiden. Durch die gesteuerte Ausbildung optimaler Rohrphasen, insbesondere in der Aufheizphase, stellen sich in jedem Verdampfer nach der konvektiven Anwärmzone verschiedene zweiphasige Wärmeübergangszonen ein, bei denen durch Dampfblasenbildung nicht nur der Wärmeübergang optimiert ist, sondern auch durch den hiermit verbundenen Stofftransport von der Heizfläche in die Kernzone der Rohrströmung eine schädliche Überhitzung der Würze zuverlässig vermieden wird.

Auch die stabile Kochphase läuft durch definierte Ausbildung der angestrebten Wär- meübergangszonen bei optimal hohem Wärmeübergang ab.

Grundsätzlich wird der scheinbare Flüssigkeitsstand als ein Betriebsparameter des Innenkochers benutzt, um den Innenkocher in der Aufheizphase und in der Kochpha- se an einem weitestgehend stabilen Betriebspunkt, bzw. mit quasi stationärem Be- triebszustand in den Verdampferrohren zu betreiben.

Der stabile Umlauf bereits beim Aufheizen hat positiven Einfluss auf die Kochzeit, da wichtige technologische Vorgänge, wie z. B. Spaltung des DMS-Precursors, Austrei- ben des freien DMS und Isomerisierung des Hopfens und Verdampfung von Wasser durch die Aufheizung der umlaufenden Würze auf Kochtemperatur beschleunigt wer- den und bereits in der Aufheizphase eintreten. Zufolge dieser beschleunigten Effekte lässt sich die Kochzeit insgesamt verkürzen.

Durch die Optimierung wird schließlich der Bildung von Belägen auf der Bierwürze- seite vorgebaut, da sich ein günstiger Wärmeübergang und relativ konstante Strö- mungsgeschwindigkeiten ergeben, und für einen Fouling-Effekt hauptverantwortliche Überhitzungen an den Heizrohrwänden weitestgehend vermieden werden. Eine ther- mische Überbelastung der Bierwürze unterbleibt, was der Qualität des Endprodukts zugute kommt.

In dem Sudbehälter werden durch entsprechende Verstellung der Drosselvorrichtung, und zwar regelnd geführt von dem für den Innenkocher als Optimum angesehenen scheinbaren Flüssigkeitsstand, eine produktschonende aber intensivierte Aufheizpha- se und eine stabile und kurze Kochphase erzielt. Dabei wird der Ist-Wert des schein- baren Flüssigkeitsstandes anhand zumindest des Drucks und/oder mit Temperatur- messungen der Würze und/oder im Heizmedium kontinuierlich oder in Schritten über- wacht. Der Soll-Wert des scheinbaren Flüssigkeitsstandes ist auf der Basis der geo- metrischen Voraussetzungen des Innenkochers und der treibenden Temperaturdiffe- renz zwischen Würze und Heizmedium empirisch und/oder rechnerisch festgelegt.

Zum Optimieren des Betriebs steht permanent eine Regelgröße zur Soil-Wert/ist- Wert-Angleichung zur Verfügung, die zur Regelung der Verstellung der Drosselvor- richtung genutzt wird.

Im Hinblick auf hohe Prozesssicherheit ist es zweckmäßig, den Soll-Wert für zumin- dest ein ausgewähltes treibendes Temperaturgefälle zwischen dem Heizmedium und der Bierwürze zu bestimmen. Bei Sattdampf als Heizmedium kann der Soll-Wert für wenigstens einen ausgewählten Sattdampf-Druck-oder Temperaturwert bestimmt werden. Zweckmäßigerweise wird der Sollwert sogar anhand mehrerer ausgewählter treibender Temperaturgefälle bestimmt, um hohe Sicherheit bezüglich maximaler Wärmeübertragung bzw. des maximalen k-Werts zu erzielen.

Verfahrenstechnisch einfach werden der Soll-Wert bzw. der Ist-Wert indirekt anhand damit korrelierender Parameter bestimmt. Geeignete Parameter sind der Gesamt- druck zumindest an der Zulaufseite der Verdampferrohre bzw. auch an der Auslauf- seite der Verdampferrohre. Die Soll-/lst-Wertanpassung kann in einem Regelkreis an- hand abgelegter und fortlaufend überwachter Druckwerte vorgenommen werden. Ob- wohl sich eine Veränderung zulaufenden Massenstroms in Änderungen der Druck- werte niederschlägt, wird durch die vorgenommene Regelung ein optimaler, quasi stationärer Betriebszustand herbeigeführt, wobei unerwünschte Fluktuationen unter- drückt werden. Der Soll-Wert des Druckes ist abhängig von der treibenden Tempera- turdifferenz zwischen Würze und Heizmedium. Bei bekannten Dampfdrücken wird zweckmäßig die Temperatur der Würze an einer repräsentativen Stelle in dem Sud- behälter herangezogen. Zur Ermittlung der repräsentativen Temperatur der Würze können weitere Temperaturmessvorrichtungen in der Sudpfanne installiert und deren Messwerte dann zur Berechnung herangezogen werden.

Günstig ist es, den Soll-Wert oder einen als optimal angesehenen Sollwertbereich an- hand der geometrischen Voraussetzungen des Innenkochers empirisch und/oder rechnerisch zu bestimmten. Bei dieser Bestimmung sind als Haupteinflussgrößen der Höhenabstand der Verdampferrohre vom Sudbehälterboden, die Länge und der Durchmesser der Verdampferrohre, deren Wandstärke und deren Material zu berück- sichtigen. Darüber hinaus können abhängig vom Innenkochertyp gegebenenfalls noch weitere Kennwerte berücksichtigt werden.

Wird die zulaufende Massenstromrate in der Aufheizphase mit dem temperaturab- hängigen Soll-Wert des scheinbaren Flüssigkeitsstandes geregelt, dann ! ässt sich der Innenkocher ohne hilfsweise Vorwärmung der Bierwürze auch zum zügigen Aufheizen einsetzen. Das befürchtete Pulsieren lässt sich einfach vermeiden oder bis auf ein un- schädliches Maß mildern. Die Aufheizphase beansprucht nur optimal wenig Zeit.

Es ist jedoch zweckmäßig, auch in der Kochphase die zulaufende Massenstrommen- ge im Hinblick auf den Soll-Wert des scheinbaren Flüssigkeitsstandes zu regeln. Ver- fahrensgemäß kann es zweckmäßig sein, die Regelfrequenz in der Aufheizphase hö- her zu wählen als in der Kochphase. Zu jeweiligen Temperaturen bzw. Temperaturdifferenzen werden ausgewählte Druck- werte tabellarisch oder gespeichert bereitgehalten, die für den Innenkocher vorab festgelegt sind und den Soll-Wert oder Soll-Wertbereich des scheinbaren Flüssig- keitsstandes repräsentieren. Dann lässt sich der zum Ableiten der Regelgrößen mit den im Betrieb ermittelten Druck-oder Temperaturwerten, die den Ist-Wert repräsen- tieren, erforderliche Vergleich einfach vornehmen. Es lässt sich die Massenstromrate so regeln, dass der Betriebszustand quasi stationär wird bzw. der Wärmeübergang vom Heizmedium in die Bierwürze zumindest weitgehend bei einem Maximum bleibt.

Druckmessdosen sind als Messvorrichtungen für die Drücke im Kocherzulauf beson- ders geeignet, weil sie funktionssicher sind und apparatetechnisch einfach so positio- nierbar sind, dass sie tatsächlich repräsentative Drücke z. B. im Zulaufbereich fest- stellen und aussagefähige Signale liefern. Bei geeigneter Anordnung kann die Mess- vorrichtung, die vor und nach der Kochung zur Messung des geodätischen Füllstan- des installiert ist, auch für diesen Zweck verwendet werden. Jedoch können auch an- dere geeignete Druck-bzw. Temperatur-Messvorrichtungen für das Heizmedium und/oder die Würze eingesetzt werden.

Zur Massenstromregelung kann die Drosselvorrichtung eine höhenverstellbare Ring- schürze im unteren Bereich des Innenkochers sein. Durch Verstellung der Ringschür- ze wird der Durchgangsquerschnitt verändert, der die zulaufende Massenstrommenge pro Zeiteinheit bestimmt.

Die Ringschürze lässt sich als außen-oder innenseitige Verlängerung des Würzeleit- bleches des Innenkochers ausbilden und so anordnen, dass sie sich von einer voll- ständig hochgezogenen Offenstellung bis in eine Absperrstellung auf den Boden des Sudbehälters absenken lässt.

Als Alternative könnte die Drosselvorrichtung eine den Zulaufraum vom außenliegen- den Innenraum des Sudbehälters dicht trennende Abdeckung aufweisen, die Zulauf- öffnungen oder ein Zulaufrohr, jeweils mit verstellbarer Drosselklappe, aufweist. Die Stellung der Drosselklappe (n) bestimmt den Massenstrom, der pro Zeiteinheit die Verdampferrohre erreicht.

Als weitere Alternative könnte die Drosselstrecke zwei ineinandergesetzte, relativ zu- einander verstellbare ringförmige Schürzen aufweisen, die blendenartig freigebbare oder abdrosselnde Öffnungen enthalten. Hiermit lässt sich eine sehr feinfühlige Re- gelung des Massenstroms erzielen.

Alternativ weist die Drosselvorrichtung einen Hubteller auf, der zweckmäßig bis in ei- ne Absperrlage an den Zulaufmündungen der Verdampferrohre höhenverstellbar ist.

Die vorzugsweise elektronische Regelvorrichtung ist mit einem Verstellantrieb der Drosselvorrichtung und mit den Temperatur-und Druckmessvorrichtungen verbunden.

An einer Eingabe-und Anzeigesektion lässt sich der Soll-Wert bzw. Soll-Wertbereich des scheinbaren Flüssigkeitsstandes bzw. ein damit korrelierender Wert eingeben und anzeigen, der als Referenz für die Regelung dient. Im einfachsten Fall könnte die Re- gelvorrichtung für einen festen Soll-Wert oder Soll-Wertbereich ausgelegt sein. Der Vorzug ist jedoch einer Regelvorrichtung zu geben, bei der die Soll-Wert-Einstellung variierbar ist, um eine Anpassung an betriebliche Anforderungen, z. B. Optimierungs- verstellung, vornehmen zu können.

Zur schonenden Aufheizung können die Verdampferrohre vorteilhaft gedrailt oder ge- wellt sein. Dadurch entstehen Verwirbelungen, mit denen insbesondere in der kon- vektiven Anwärmzone die besonders überhitzungsgefährdete laminare Grenzschicht wirksam verkleinert wird.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes er- lautet. Es zeigen : Fig. 1 bekannte Rohrphasen in einem durchströmten Verdampferrohr eines Innenkochers eines Sudbehälters, Fig. 2 schematisch die baulichen Voraussetzungen zur Definition der schein- baren Höhe bzw. des scheinbaren Füllstands hs eines Innenkochers ei- nes Sudbehälters, Fig. 3 einen schematischen Vertikalschnitt eines erfindungsgemäßen Sudbe- halters mit einem Röhren-lnnenkocher, Fig. 4 einen Teil eines Vertikalschnitts einer weiteren Ausführungsform, Fig. 5 einen Teil eines Vertikalschnitts einer weiteren Ausführungsform, Fig. 6 einen Teil eines Vertikalschnitts einer noch weiteren Ausführungsform, Fig. 7 ein Diagramm zum k-Wert über der scheinbaren Füllstandshöhe hs, und Fig. 8 ein Diagramm zur Einstellung einer Drosselung in Abhängigkeit von der Würzetemperatur bei konstanter Heizmediumtemperatur.

Ein Sudbehälter P, beispielsweise eine Sudpfanne, weist in Fig. 3 in seinem Innen- raum einen Röhren-Innenkocher K auf, der mit einem Heizmedium H, beispielsweise Sattdampf, betrieben wird. In dem Innenkocher K sind vertikal verlaufende Verdamp- ferrohre R, beispielsweise in Form eines Rohrbündels, enthalten, die sich in einem Mantelraum M befinden, der durch ein umlaufendes Würzeleitblech 2 definiert wird.

Oben auf dem Innenkocher K ist ein konischer oder gewölbter Aufbau 3 mit Umlenk- blechen oder dgl. vorgesehen (Stau-oder Ablenkraum). Der Innenkocher K steht auf Standfüßen (nicht gezeigt) oder auf Heizmedium-Zufuhr-und Abfuhrrohren 1 mit vor- bestimmtem Höhenabstand oberhalb eines Innenbodens 8 des Sudbehalters P.

Im Sudbehälter P befindet sich die Würze W mit einem vorbestimmten Füllstand 4, der in einen Brüdenraum B reicht. Ein Zulaufraum Z zu den unteren Enden der Ver- dampferrohre R wird von einer verstellbaren Drosselvorrichtung D begrenzt, die in Fig.

3 eine höhenverstellbare Ringschürze 5 im unteren Bereich des Innenkochers K ist.

Die Ringschürze 5 hat in etwa die Größe des die Verdampferrohre R umgebenden Würzeleitblechs 2 und lässt sich beispielsweise über Zugelemente 6 mittels eines Stellantriebes 7 auf-und abverfahren, und zwar zweckmäßigerweise bis in eine auf dem Innenboden 8 aufsitzende Absperrstellung. Andere, in dieser Technik übliche Stellantriebe sind ebenfalls denkbar.

Der Innenkocher K wird im Naturumlauf nach dem Thermosiphon-Prinzip betrieben.

Mit der Drosselvorrichtung D wird der Massenstrom bzw. die Massenstrommenge der Bierwürze zu den Verdampferrohren R eingestellt bzw. geregelt. An der Zulaufseite der Verdampferrohre R ist wenigstens eine Messvorrichtung S1, z. B. eine Druck- messdose, vorgesehen, mit der der Druck in der Bierwürze im Zulauf des Innenko- chers messbar ist. Gegebenenfalls ist wenigstens eine weitere Messvorrichtung S2, zweckmäßigerweise ebenfalls eine Druckmessdose, im oberhalb der Verdampferroh- re R liegenden Brüdenraum B vorgesehen, um dort den statischen Staudruck zu mes- sen. Zur Messung der treibenden Temperaturdifferenz sind eine Temperaturmessvor- richtung T1 am Heizmitteleintritt (z. B. Zuführrohr 1) und eine Temperaturmessvor- richtung T2 im Sudbehälter P zur Ermittlung der Würzetemperatur vorgesehen. Bei Sattdampfbeheizung kann anstelle der Temperaturmessung der korrespondierende Sattdampfdruck mit einer Druckmessung P1 ermittelt und daraus die Heizmedium- temperatur errechnet werden.

Ferner ist eine, vorzugsweise elektronische, Regelvorrichtung V vorgesehen, an die die Messergebnisse der Temperaturmessvorrichtung T1 und T2 oder nur T2 und der Druckmessvorrichtung S1 und/oder S1 und S2 fortlaufend übermittelbar sind. Die Re- gelvorrichtung V kann eine Eingabe-und Anzeigesektion 9 für einen Soll-Wert oder Soll-Wertbereich des scheinbaren Flüssigkeitsstandes des Innenkochers K aufweisen.

Dieser Soll-Wert könnte auch in Form von Soll-Werten für den Druck im Zulaufbereich an der Position der Messvorrichtung S1 und/oder S1 und S2 eingegeben werden.

Der scheinbare Flüssigkeitsstand hs des im Sudbehälter P angeordneten Innenko- chers K hängt (Fig. 2) von der Höhe der Flüssigkeitssäule hF ab, die sich in dem fikti- ven Standrohr ST zwischen Kocherzulauf und Brüdenraum B einstellen würde, und die ins Verhältnis gesetzt ist zur Länge LR der Verdampferrohre R. Der scheinbare Flüssigkeitsstand ist aussagefähig für die Phasenaufteilung der Bierwürze in den Ver- dampferrohren und auch für die Eintrittsgeschwindigkeit in die Verdampferrohre R.

Der scheinbare Flüssigkeitsstand resultiert unter anderem aus dem Dichteunterschied in der Bierwürze zwischen den Ein-und Auslässen ZB, Zv der Verdampferrohre, der treibenden Temperaturdifferenz dT, die sich zwischen dem Heizmedium H und der Bierwürze ergibt, dem Querschnitt an der Zulaufseite der Verdampferrohre R und auch dem Austrittsquerschnitt in einem ggfs. düsenartigen Bereich im Brüdenraum B. hs ist für den jeweiligen Innenkocher empirisch festlegbar und unter anderem abhän- gig von den geometrischen Verhältnissen im Innenkocher, und reflektiert die Druck- verhältnisse in den Verdampferrohren während des Betriebs. Der verfahrensgemäß berücksichtigte Soll-Wert hs des scheinbaren Flüssigkeitstandes wird, bezogen auf wenigstens eine ausgewählte treibende Temperaturdifferenz dT, so festgelegt, dass der Wärmeübergang (k-Wert) vom Heizmedium H in die Bierwürze ein Maximum ist oder bei einem Maximum liegt. Das treibende Temperaturgefälle dT ist beispielsweise der Unterschied zwischen der Temperatur des als Heizmedium H verwendeten Satt- dampfes und der mittleren Bierwürze-Temperatur zwischen dem Verdampferrohr- Einlass-und-Auslass ZB, ZF.

Der Innenkocher K wird im Naturumlauf nach dem Thermosiphon-Prinzip betrieben. Während der Aufheizphase der Bierwürze wird mittels der Drosselvorrichtung D der Bierwürze-Massenstrom durch die Verdampferrohre R so geregelt, dass der dem Ist- Wert des scheinbaren Flüssigkeitsstandes zuzuordnende Druck, z. B. der statische Staudruck, beispielsweise gemessen von der Messvorrichtung S1, zu dem vorher festgelegten Soll-Wert oder dem als für den Soll-Wert repräsentativen Druck im Ko- cherzulauf hingeführt wird. Dabei kann auch der Druckwert der Messvorrichtung S2 mitberücksichtigt werden. Der Innenkocher K wird also in der Aufheizphase so betrie- ben, dass ein Pulsieren vermieden oder zumindest weitestgehend unterdrückt wird, und die Bierwürze W mit relativ genau definierter Verweilzeit in den Verdampferrohren R hochsteigt und in der Zone Z4 (Fig. 1) der stärksten Wärmebelastung gerade nur so lange verweilt, wie dies zu einer optimalen Aufheizung nötig ist. Während der Auf- heizphase wird die Massenstromrate so geregelt, dass der scheinbare Flüssigkeits- stand nicht zu groß wird, d. h., die Zulaufgeschwindigkeit gedrosselt wird. In der an- schließenden Kochphase, die generell ein relativ stabiles Betriebsverhalten zeigt, wird der Massenstrom analog geregelt, wobei dann der Ist-Wert mit einem größeren Off- nungsgrad der Drosselvorrichtung D zum Soll-Wert gebracht und dabei gehalten wird.

In Fig. 4 weist die Drosselvorrichtung D eine fest eingebaute, ringförmige Abdeckung 5'um den Zulaufraum Z des Innenkochers K auf. Zur Regelung des Massenstroms sind (rechts gezeigt) Öffnungen 11 mit jeweils einer Drosselklappe 12 (oder einem Schieber) vorgesehen, die bzw. der von Stellantrieben 7'entsprechen der Vorgabe der Regelvorrichtung V eingestellt wird, oder sind (Fig. 4, links). Es lasst sich-falls erforderlich-eine vollständige Absperrung bewirken.

In Fig. 5 weist die Drosselvorrichtung D zwei ineinandergesetzte Ringschürzen 5'und 14 auf, in denen jeweils Durchgangsöffnungen 11,11'geformt sind. Mittels des Stel- lantriebes 7'lässt sich beispielsweise die Ringschürze 14 relativ zur ebenfalls als Ringschürze ausgebildeten Abdeckung 5'verdrehen, um die Öffnungen 11,11'blen- denartig zur Deckung zu bringen (volle Offenstellung), oder gegeneinander zu verset- zen (Absperrstellung).

In Fig. 6 weist die Drosselvorrichtung D eine Hubplatte 16 auf, die mittels des Stellan- triebes 7, beispielsweise eines Pneumatik-oder Hydraulikzylinders oder eines elektri- schen Aktuators, aus der gezeigten Stellung nahe dem Innenboden 8 des Sudbehäl- ters P bis in die gestrichelt gezeichnete Absperrstellung bewegbar ist. Die Hubplatte 16 kann an den Füßen oder Sattdarnpfrohren geführt sein und lässt sich in der Ab- sperrstellung ggfs. an die unteren Mündungen 15 der Verdampferrohre R abdichtend anlegen.

Im Diagramm in Fig. 7 (k-Wert über hs) zeigen für vier verschiedene, als eine Auswahl dargestellte treibende Temperatur-Differenzen dT fast denselben Sollwert hSS des scheinbaren Flüssigkeitsstands (in %) beim jeweiligen Maximum des . Wärmeüberganges (k-Wert). Die oberste Kurve repräsentiert beispielsweise eine trei- bende Temperaturdifferenz dT von 36K (entspricht 100 %), während die unterste Kur- ve einem dT von nur mehr 25 % entspricht. Der Wert des scheinbaren Flüssigkeits- standes, bei dem der k-Wert sein Maximum hat, wird als der Soll-Wert hsS und als Regel-Führungsgröße für die Regelvorrichtung V (Fig. 3) verwendet. Da bei etwas kleinerem oder etwas größerem scheinbaren Flüssigkeitsstand der k-Wert sehr nahe bei seinem Maximum liegt, kann für die Regelvorrichtung V auch ein ausgewählter Soll-Wertbereich Xs genutzt werden.

Erfindungsgemäß ist der mit dem Innenkocher K ausgestattete Sudbehälter P mit ei- ner Drosselvorrichtung D und der Regelvorrichtung V so ausgelegt, dass im Betrieb die zulaufende Bierwürze-Massenstrommenge so regelbar ist, dass der Wärmeüber- gang (k-Wert) beim Aufheizen und in der Kochphase jeweils ein Maximum ist oder bei einem Maximum liegt. Es lassen sich so definierte Verweilzeiten für die Bierwürze in den Verdampferrohen einstellen. Der Soll-Wert wird empirisch oder durch Berechnun- gen entsprechend den geometrischen Verhältnissen des Innenkochers festgelegt. Der Ist-Wert oder damit korrelierende Parameter werden im Betrieb fortwährend (kontinu- ierlich oder mit einer vorbestimmten Frequenz) ermittelt und durch Regelung der Mas- senstrommenge an den Soll-Wert hingeführt.

Im Diagramm der Fig. 8 (Verstell-Hub der Drosselvorrichtung D über der Würze- Temperatur °C bei konstanter Heizmediumtemperatur) ist zu sehen, dass in der Mini- mal-Stellung der Drosselvorrichtung die Würze-Temperatur niedrig ist (Abläutertempe- ratur) und über dem Bereich der treibenden Temperaturdifferenz (der Würze- Temperatur) graduell bis zur Kochtemperatur ansteigt, wenn die Drosselvorrichtung D weiter geöffnet wird. Die vertikale Achse kann dabei den Stellhub der Drosselvorrich- tung oder deren Störgröße oder den Drosselungsfaktor repräsentieren. Die Plus- Richtung (+) entspricht dem Offnen (auf) der Drosselvorrichtung, die Minus-Richtung (-) hingegen einer Verstellung in Richtung zur Minimal-Stellung (zu).

Das Verfahren kann ggfs. auch bei einem Außenkocher angewendet werden in dem die zulaufende Massenstromrate im Hinblick auf den Sollwert der scheinbaren Höhe hs so geregelt wird, dass sich in der Aufheiz-und Kochphase quasi stationäre Be- triebszustände einstellen.