Verfahren und Anlage zum Entlüften, Mischen und Karbonisieren von Getränken

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen, Entlüften und Karbonisieren von Wasser und einem oder mehreren Konzentraten, insbesondere High Gravity Beer, zu einem Getränk, indem Wasser in einer ersten Stufe mittels Kohlendioxid entlüftet, zwischengelagert, anschließend mit einem Getränkekonzentrat verschnitten und erneut zwischengelagert wird und ggf. das Gemisch fertigkarbonisiert wird, wobei die Temperatur des zulaufenden Wassers höher als die Temperatur des Getränkekonzentrats eingestellt und vor dem Mischen gekühlt wird. Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens weist einen ersten Behälter (60) zum Zwischenlagern des entlüfteten Wassers, einen zweiten Behälter (3) zum Zwischenlagern des vorkarbonisierten Gemisches und ggf. einem dritten Behälter (4) zum Zwischenlagern des fertigkarbonisierten Getränks auf, wobei eine Mischstrecke (22) mit einer Zuleitung für Wasser aus dem ersten Behälter vorgesehen ist, in deren Verlauf ein Wärmetauscher (16) zum Kühlen des Wassers angeordnet ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen, Entlüften und Karbonisieren von Wasser und einem oder mehreren Konzentraten, insbesondere High Gravity Beer, zu einem Getränk, insbesondere zu Bier, indem Wasser in einer ersten Stufe mittels Kohlendioxid entlüftet, zwischengelagert, anschließend mit einem Getränkekonzentrat verschnitten und erneut zwischengelagert wird und ggf. das Gemisch fertigkarbonisiert wird sowie eine Anlage zum Mischen, Entlüften und Karbonisieren von Wasser und einem oder mehreren Konzentraten zu einem Getränk, insbesondere zu Bier, mit einem ersten Behälter (3) zum Zwischenlagern des entlüfteten Wassers, einem zweiten Behälter (4) zum Zwischenlagern des vorkarbonisierten Gemisches und ggf. einem dritten Behälter (30) zum Zwischenlagern des fertigkarbonisierten Getränks.

[0002] Eine gattungsgemäße Anlage und ein solches Verfahren ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 91 15 831.1 bekannt.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anlage anzugeben, deren CO₂-Verbrauch zum Entlüften gering ist. Außerdem soll die Anlage insbesondere für die Verwendung von CO₂-haltigen Getränkekonzentraten geeignet sein, wie dies z.B. bei High Gravity Beer der Fall ist. Eine unkontrollierte Schaumbildung des Mischproduktes soll dabei vermieden werden.

[0004] Die Verfahrensaufgabe wird dadurch gelöst, daß die Temperatur des zulaufenden Wassers höher als die Temperatur des Getränkekonzentrats eingestellt und vor dem Mischen gekühlt wird. Die Entlüftung ist bei der höheren Temperatur besonders wirkungsvoll. Durch die Kühlung wird die Gasausscheidung aus dem Gemisch verhindert. Die Löslichkeit des zum Mischen verwendeten Wassers wird für CO₂ erhöht, wenn daß das zulaufende Wasser vor dem Mischen gekühlt wird. Dadurch kann das Wasser zusätzlich CO₂ aufnehmen, das mit dem Getränkekonzentrat in die Mischstrecke eingetragen wird. Einem unkontrollierten Aufschäumen wird dadurch zusätzlich entgegengewirkt. In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß CO₂-haltiges Getränkekonzentrat verwendet wird, wobei der Druck des gemischten Getränks beim Zwischenlagern und der Druck des Wassers beim Zwischenlagern vor dem Mischen höher oder gleich dem CO₂-Sättigungsdruck des CO₂-haltigen Getränkekonzentrats eingestellt wird. Hierdurch läßt sich ein Schäumen wirkungsvoll verhindern. Die Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen besonders dann zur Wirkung, wenn ein CO₂-haltiges Getränkekonzentrat, vorzugsweise High Gravity Beer, verwendet wird.

[0005] Wenn das Wasser zusätzlich vorentlüftet und der Druck des vorentlüfteten Wassers beim Zwischenlagern kleiner eingestellt wird als der Druck beim Zwischenlagern hinter nachfolgenden Entlüftungsstufen, ergibt sich zwangsläufig ein Druckgefälle, daß dem CO₂ als Spülgas eine Fließrichtung aufprägt, die der Wasserführung entgegengerichtet ist.

[0006] Denselben Zweck verfolgt die Maßnahme, daß der Druck des Wassers bzw. des Getränks beim Zwischenlagern hinter jeder weiteren Entlüfungsstufe erhöht wird.

[0007] Als weitere Maßnahme, um Schaum zu vermeiden, ist vorgesehen daß das gemischte Getränk für das Zwischenlagern unterhalb des Badspiegels eingeleitet wird.

[0008] Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Anlage geeignet, eine Mischstrecke (22) mit einer Zuleitung (5) für Wasser aus dem ersten Behälter (3) aufweist, in deren Verlauf ein Wärmetauscher (16) zum Kühlen des Wassers angeordnet ist. Das Aufschäumen des Mischproduktes wird somit verhindert.

[0009] Eine definierte Fließrichtung für das CO₂ als Spülgas ergibt sich, wenn die Anlage einen Vorbehälter (60) zur Sammelung des zulaufenden Wassers nach einer ersten Entlüftung (63) aufweist, dessen Innendruck niedriger als der Druck des zweiten Behälters (4) ist.

[0010] Die dosierte Mischung des Wassers mit dem Getränkekonzentrat wird genauer, wenn der erste (3) und zweite Behälter (4) annähernd denselben Innendruck aufweisen, weil dadurch der Differenzdruck zwischen den Behältern keinen Schwankungen unterworfen ist. Anlagentechnisch kann dies durch eine Druckausgleichsleitung zwischen den Behältern kostengünstig verwirklicht werden.

[0011] Die Entlüftung bzw. die Karbonisierung des Wassers bzw. des fertigen Mischprodukts wird unterstützt, wenn einer oder mehrere der Behälter Zulaufleitungen aufweisen, in denen Injektoren angeordnet sind. Der Stoffaustausch zwischen den flüssigen und gasförmigen Phasen ist in Injektoren besonders intensiv. Durch diese zusätzlichen Lüftungsstufen wird der CO₂-Verbrauch der Anlage vorteilhaft verringert.

[0012] Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Diese zeigt das Schema der erfindungsgemäßen Anlage.

[0013] In Figur 1 bezeichnen im Kreis gesetzte Buchstaben Medienübergabepunkte der Anlage. Mit W ist der Zulauf für Wasser, mit K der Eingang für Konzentrat und mit G der Eingang für Spülgas, in diesem Fall CO₂, gekennzeichnet. P bezeichnet den Übergabepunkt für Produkt, während A den Abgasausgang kennzeichnet. Die flüssigen Medien strömen somit von den Übergabepunkten für Wasser W und Konzentrat K in Richtung auf den Abgabepunkt für Produkt P, während das Spülgas am Gasübergabepunkt G in die Anlage einströmt und zusammen mit der aus der flüssigen Phase entfernten Luft am Abgasausgang A ausströmt.

[0014] Die Anlage besteht aus vier Behältern, einem Vorbehälter 60 für die vorentlüfteten des zuströmenden Wassers, einem ersten Behälter 3 der ersten Entlüftungsstufe, einem Behälter 49 als Vorratsbehälter für Konzentrat, einem zweiten, der zweiten Entlüftungsstufe zugeordneten Behälter 4 zur Sammlung des Mischproduktes, sowie einen Dritten Behälter 30 zur Fertigkarbonisierung.

[0015] Das Wasser strömt über Zulaufleitung 61 und Absperrventil 62 unter Druck dem Ejektor 63 zu. Der Ejektor 63 saugt durch Unterdruckleitung 64 die Atmosphäre des Vorbehälters 60 an, so daß nach intensiver Durchmischung eine Entlüftung des zulaufenden Wasser und Anreicherung mit CO₂ erfolgt bevor das Wasser über Leitung 65 der Sprühvorrichtung 66 zugeleitet wird. Durch Versprühen wird zur Intensivierung des Stoffaustausches mit der Atmosphäre des Behälters 60 die Oberfläche des Wassers erhöht. Dadurch erfolgt schon in dieser Stufe eine Vorentlüftung und -karbonisierung des Wassers. Über Abgasleitung 68 strömt ein CO₂-Luftgemisch aus Vorbehälter 60 zum Abgasübergabepunkt A. Der Druck in Vorbehälter 60 kann mittels Überdruckventil 45 eingestellt werden.

[0016] Das Spülgas CO₂ strömt dem Vorbehälter 60 über Leitung 59 zu, die die Räume des Vorbehälters 60 und des ersten Behälters 3 oberhalb des Badspiegels verbindet. Im Leitungsverlauf der Leitung 59 ist ein Druckregelventil 58 angeordnet, daß den Differenzdruck zwischen dem Vorbehälter 60 und dem ersten Behälter 3 konstant hält. Das Wasser wird vom Boden des Vorbehälters 60 über Leitung 54 durch Pumpe 8 abgezogen und über Rückflußverhinderer 7 dem Ejektor 28 zugeleitet. Ejektor 28 saugt durch Leitung 6 Gas aus der Atmosphäre des ersten Behälters 3 an, so daß das zufließende Wasser weiter entlüftet und karbonisiert wird, noch bevor es durch Sprühvorrichtung 9 in Behälter 3 eintritt.

[0017] Behälter 3 und 4 sind als zylinderförmiger, liegend angeordneter Behälter 1 ausgebildet. Der Innenraum des Behälters 1 ist durch eine vertikal angeordnete Trennwand 2 in den ersten Behälter 3 und den zweiten Behälter 4 aufgeteilt. Die zulaufende Flüssigkeit, das Wasser, wird über Zulaufleitung 6 und Sprühvorrichtung 9 dem ersten Behälter 3 zugeführt.

[0018] Am Boden des ersten Behälters 3 ist eine Umwälzleitung 26 angeschlossen und mit einer Pumpe 27 versehen, die das Wasser einer durch Überlaufwehr 18 gebildeten Kammer mit konstantem Badspiegel zuleitet.

[0019] Eine Verbindungsleitung 5 führt vom Boden der durch Überlaufwehr 18 gebildeten Kammer mit konstantem Badspiegel aus dem ersten Behälters 3 das Wasser der Kreiskolbenpumpe 20 zu, die das Wasser durch Ejektor 17, Wärmetauscher 16 und Rücklaufverhinderer 7 dem Mischrohr 22 zuführt. Im Mischrohr 22 wird das durch die zweite Zulaufleitung 21 zugeführte und aus dem Vorratsbehälter 49 von Kreiskolbenpumpe 20 abgezogene Konzentrat mit dem Wasser vermischt und anschließend durch Tauchrohr 57 einer im zweiten Behälter 4 mittels Überlaufwehr 23 gebildeten Kammer mit konstantem Badspiegel eingeleitet, so daß der Gegendruck für Kreiskolbenpumpe 20 konstant bleibt. Durch die Einleitung unterhalb des Badspiegels wird eine Schaumbildung wirkungsvoll vermieden.

[0020] Für das Kühlmittel weist der Wärmetauscher 16 eine Kühlmittelvorlaufleitung 55 und eine Kühlmittelrücklaufleitung 56 auf.

[0021] Zur Nachbehandlung in einer dritten Stufe 53 ist ein dritter Behälter 30 vorgesehen, in den das Getränk mit Pumpe 32 über einen weiteren Ejektor 34 zuführbar ist. Eine Unterdruckleitung 35 des Ejektors 34 weist ein Regelventil 36 auf und wird über Zuführleitung 37 mit CO₂ versorgt.

[0022] Am Boden des dritten Behälters 30 ist Ablaufleitung 40 angeschlossen, durch die das fertige Getränk abgeführt wird.

[0023] Die Ejektoren 63, 28, 17 und 34 saugen durch die Flüssigkeitsströmung in einem querschnittsverringerten Druckbereich Gas über die dort angeschlossenen Unterdruckleitungen 64, 6, 25 bzw. 35 an. Das angesogene Gas wird turbulent mit der Flüssigkeit vermischt.

[0024] Die Begasung erfolgt im Gegenstrom zur Flüssigkeit, so daß das Gas, hier CO₂, zuerst dem dritten Behälter 30 zugeführt wird. Dies geschieht über Zuführleitung 37 mit Regel- und Absperrventil 38. Aus Sicherheitsgründen ist Überdruckventil 52 vorgesehen. Innerhalb des Behälters 30 ist ein Gasaustausch möglich. Das Gas ist weiter über Zuführleitung 11 dem zweiten Behälter 4 zuführbar.

[0025] In Zuführleitung 11 sind Regel- und Absperrventil 41 vorgesehen. Eine Verbindungsleitung 43 mit Absperrventil 44 ermöglicht die direkte Zuführung des Gases zum zweiten Behälter 4. Bei dreistufigem Betrieb ist das Absperrventil 44 stets geschlossen.

[0026] Das im Gasraum des zweiten Behälters 4 befindliche Gas strömt über Verbindungsleitung 13 in den Gasraum des ersten Behälters 3. Die Konzentration des zugeführten Kohlendioxids nimmt durch teilweisen Austausch gegen in der Flüssigkeit gelöste Gase vom Gasraum des zweiten Behälters 4 zum Gasraum des ersten Behälters 3 ab. Ferner wird das Kohlendioxid durch die aus der zu behandelnden Flüssigkeit austretende Luft, besonders im ersten Behälter 3, verdünnt.

[0027] Für Reinigungszwecke oder zur Produktionsumstellung läßt sich die gesamte Vorrichtung über mehrere Ablaßventile 51 entleeren.

[0028] Eine Zulaufleitung 10 führt über Absperrventil 24 auf die im Gasraum des ersten Behälters 3 angeordnete Sprühvorrichtung 9. Der Flüssigkeitsraum des ersten Behälters 3 und des zweiten Behälters 4 ist jeweils mit einem Überlaufwehr 18 bzw. 23 in Kammern mit konstantem Füllstand abgeteilt, so daß der Gegendruck für Ejektor 28 und Kreiskolbenpumpe 20 unveränderlich festgelegt ist.

[0029] Die Anlage weist eine Umwälzleitung 26 auf, in deren Verlauf eine Umwälzpumpe 27 vorgesehen ist.

[0030] Der erste 3 und zweite Behälter 4 sind über Verbindungsleitung 5 mit darin angeordneter Kreiskolbenpumpe 20 und Mischrohr 22 verbunden.

[0031] Die Kreiskolbenpumpe 20 ist als Doppelpumpe ausgeführt und weist eine zweite Zulaufleitung 21 zum Zumischen einer zweiten Flüssigkeitskomponente des Getränkekonzentrats auf. Das Konzentrat, High Gravity Beer, wird über Leitung 47 mit Absperrventil 48 einem Vorratsbehälter 49 zugeführt, aus dem über die Zulaufleitung 21 die Mischung erfolgt.

[0032] Die Doppelkreiskolbenpumpe 20 besitzt eine hohe Dosiergenauigkeit durch Konstanthaltung der Drücke zwischen Saug- und Druckstutzen der Pumpen. Somit wird ein gleichmäßiges Mischverhältnis erreicht. Das Mischrohr 22 unterstützt dabei die Vermischung beider Flüssigkeitskomponenten. Die Ablaufleitung 12 ist am zweiten Behälter 4 und führt das gemischte Produkt über Pumpe 32 und Rückflußverhinderer 7, Ejektor 34 dem Behälter 30 zu.

[0033] Die Zuführleitung 11 führt das aus dem dritten Behälter 53 des dritten Behälters 30 austretende Gas dem Gasraum des zweiten Behälters 4 im Gegenstrom zu. Die Verbindungsleitung 13 leitet das Gas/Gasgemisch weiter zum ersten Behälter 3. An der Verbindungsleitung 13 ist eine Ausgleichsleitung 50 angeschlossen, die dem Druckausgleich zwischen Vorratsbehälter 49 des Getränkekonzentrats und den Behältern 3 und 4 dient.

[0034] Bei einem Mischungsverhältnis von Wasser zu Konzentrat in der Größenordnung von 3 zu 1 läßt man das Wasser mit 20°C und das Konzentrat mit 2°C in die Anlage eintreten. Dabei sind im Konzentrat etwa 5gCO₂/l gelöst. Wenn beispielsweise das Endprodukt mit 2°C und 5,5 gCO₂/l abgegeben werden soll, ist der Druck im Vorbehälter 60 auf etwa 1,1 bar, im ersten Behälter 3, zweitem Behälter 4 und Vorratsbehälter 49 auf etwa 2,3 bar sowie im dritten Behälter 30 auf höher als 2,5 bar einzustellen.

[0035] Im ersten Behälter 3 gehen bereits etwa 4,2 gCO₂/l in Lösung. Im zweiten Behälter 4 werden etwa 4,8 gCO₂/l erreicht. Wichtig ist, daß der Druck im Vorbehälter höher als der Sättigungsdruck im Endprodukt eingestellt wird. Anders ausgedrückt soll die Wassertemperatur im Vorbehälter 60 höher sein als der Sättigungsdruck für CO₂ bei Endtemperatur im Fertigprodukt. Zu diesem Zweck kann im Wasserzulauf auch ein Wärmetauscher zum Erwärmen des Wassers vorgesehen sein. Durch Kopplung mit dem Wärmetauscher für das Kühlen vor der Mischstufe läßt sich auf bekannte Weise eine Wärmerückgewinnung verwirklichen.

[0036] Das Verfahren weist somit eine dreistufige Wasserentlüftung in den Ejektoren 63, 28 sowie 17 und eine ergänzende Gemischentlüftung in Ejektor 34 auf. Der CO₂-Verbrauch ist deshalb vorteilhaft gering.

Ansprüche

1. Verfahren zum Mischen, Entlüften und Karbonisieren von Wasser und einem oder mehreren Konzentraten, insbesondere High Gravity Beer, zu einem Getränk, insbesondere zu Bier, indem Wasser in einer ersten Stufe mittels Kohlendioxid entlüftet, zwischengelagert, anschließend mit einem Getränkekonzentrat verschnitten und erneut zwischengelagert wird und ggf. das Gemisch fertigkarbonisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des zulaufenden Wassers höher als die Temperatur des Getränkekonzentrats eingestellt und vor dem Mischen gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß CO₂-haltiges Getränkekonzentrat verwendet wird, wobei der Druck des gemischten Getränks beim Zwischenlagern und der Druck des Wassers beim Zwischenlagern vor dem Mischen höher oder gleich dem CO₂-Sättigungsdruck des CO₂-haltigen Getränkekonzentrats eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser zusätzlich vorentlüftet und der Druck des vorentlüfteten Wassers beim Zwischenlagern kleiner eingestellt wird als der Druck beim Zwischenlagern hinter nachfolgenden Entlüftungsstufen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Wassers bzw. des Getränks beim Zwischenlagern hinter jeder weiteren Entlüfungsstufe erhöht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das gemischte Getränk für das Zwischenlagern unterhalb des Badspiegels eingeleitet wird.

6. Anlage zum Mischen, Entlüften und Karbonisieren von Wasser und einem oder mehreren Konzentraten zu einem Getränk, insbesondere zu Bier, mit einem ersten Behälter (3) zum Zwischenlagern des entlüfteten Wassers, einem zweiten Behälter (4) zum Zwischenlagern des vorkarbonisierten Gemisches und ggf. einem dritten Behälter (30) zum Zwischenlagern des fertigkarbonisierten Getränks, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage eine Mischstrecke (22) mit einer Zuleitung (5) für Wasser aus dem ersten Behälter (3) aufweist, in deren Verlauf ein Wärmetauscher (16) zum Kühlen des Wassers angeordnet ist.

7. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage einen Vorbehälter (60) zur Sammelung des zulaufenden Wassers nach einer ersten Entlüftung (63) aufweist, dessen Innendruck niedriger als der Druck des zweiten Behälters (4) ist.

8. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (3) und zweite Behälter (4) annähernd denselben Innendruck aufweisen.

9. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der Behälter Zulaufleitungen aufweisen, in denen Jektoren (63, 28, 17, 34) angeordnet sind.

Zeichnung