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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen eines Gärvorgangs durch Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines von einem Gärbehälter entweichenden Gases.
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Bei der alkoholischen Gärung wird Zucker durch Mikroorganismen wie Hefen oder Bakterien zu Alkohol und Kohlendioxid umgewandelt. Bei der Herstellung von Wein, Bier und Spirituosen ist die Gärung ein bedeutender Schritt im Herstellungsprozess. Störungen des Gärvorganges wie Gärstockung oder ein zu schneller Ablauf der Gärung zeigen negative Auswirkungen auf das spätere Endprodukt. Es ist daher notwendig, den Gärvorgang möglichst genau und fortlaufend zu kontrollieren und gegebenenfalls auf den Gärvorgang Einfluss zu nehmen, um die Qualität des Endproduktes sicher zu stellen.
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Weit verbreitet zur Überwachung des Gärvorgangs ist die aräometrische Messung des aktuellen Zuckergehaltes des Gärgutes, bei der ein Eintauchen eines Aräometers in eine zuvor entnommene Probe und das Ablesen der Probentemperatur und der Dichte der Probe erfolgt. Daneben existieren verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Zuckerabnahme, der Alkoholzunahme, des verbleibenden Zuckergehaltes und der Kohlendioxidabgabe. Diese Verfahren sind jedoch zeitintensiv und schon geringe Ungleichheiten der Probe führen zu Fehlmessungen.
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In der
DE 10 2005 028 556 A1 bzw. der
DE 10 2005 015 530 A1 werden daher ein zur aräometrischen Messung alternatives Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen des Gärvorganges vorgeschlagen. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die aus dem Behälter entweichende Gasmenge und die durchschnittliche Gärtemperatur bestimmt werden. Die Gärvorrichtung weist einen auf einem Gärgefäß sitzenden Gärspund auf, dessen Grundkörper bis zu einer vorgegebenen Höhe mit Flüssigkeit gefüllt ist und sieht ferner eine Messeinrichtung zur Durchflussmessung des entweichenden Gases vor. Bei dem Verfahren wird der Durchfluss zunächst durch einen Heizer erwärmt und anschließend die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Sensoren aufgrund der durch den Heizer bewirkten unterschiedlichen Temperaturen (stromaufwärts niedrigere Temperatur, stromabwärts höhere Temperatur) gemessen, wobei die Spannungsdifferenz von der Durchflussgeschwindigkeit und damit der Durchflussmenge abhängig und zu diesen proportional ist.
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Für geringe Volumenströme ist diese Art der Messung jedoch nicht zufriedenstellend. Darum ist bei diesem System für geringe Volumenströme eine Gärpfeife mit Deckel vorgesehen, die zusätzlich mit einer elektronischen Sensorik zur Ermittlung der Hubfrequenz der Kappe ausgestattet ist. Diese Konstruktion hatte jedoch einen großen Nachteil. Wird bei angebrachter Regelung aus dem Behälter Gärgut entnommen, kann diese Kappe als Rückschlagventil agieren und den Zustrom von Luft oder Gas in dem Behälter zurück verhindern. Der so entstehende Unterdruck im Behälter kann zu dessen Beschädigung und im Extremfall zur Zerstörung der Anlage führen. Das Verfahren hat zudem den Nachteil, dass der bei der Gärung möglicherweise entstehende Schaum in die Sensorik eindringen kann, wodurch die Messanordnung zerstört wird.
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Weitere ähnliche Verfahren sind in der
EP 0 271 380 A1 ,
EP 1 298 197 A1 ,
EP 0 469 998 B1 beschrieben. In der
EP 0 271 380 B1 erfolgt die Überwachung des Gärvorganges durch eine Ermittlung des Alkoholgehaltes über einzelne Parameter des Gärgutes wie Temperaturdifferenz, Dichte des Gärgutes, Refraktionsindex, Kohlendioxidgehalt. Eine Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des austretenden Gases ist nicht vorgesehen.
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In der
EP 1 298 197 A1 wird eine Vorrichtung zu Behandeln von Maische beschrieben, wobei die Gasmenge, insbesondere die CO
2-Menge und/oder der CO
2-Gehalt während der Gärung gemessen wird, wobei in Abhängigkeit von der Gasmenge die Temperatur der Maische im Behälter geregelt bzw. gesteuert wird. Wie auch bei den zuvor genannten Systemen erfolgt die Ermittlung der Gasmenge durch einen Durchflusssensor. Eine Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des entweichenden Gases wird nicht beschrieben.
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In der
EP 0 469 998 B1 wird ein Verfahren zur automatischen Steuerung der Gärung beschrieben, bei dem die Gärungsgeschwindigkeit anhand der Gasmenge gemessen wird, die pro Zeiteinheit und pro Volumeneinheit frei gesetzt wird. Anhand der gemessenen Gasmenge erfolgt ein Rückschluss auf die Gärungsgeschwindigkeit.
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In der
EP 1 270 716 A1 dient die Messung von Drücken zur Bestimmung des Zuckergehaltes. Aus der Druckdifferenz und der Höhendifferenz zweier zur Druckmessung eingesetzter Sensoren lässt sich die Dichte des enthaltenen Gärgutes und aus der Dichte wiederum der Zuckergehalt ermitteln.
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In dem für die vorliegende Erfindung nächst liegenden Stand der Technik, der
JP 07 023 764 A , wird zur Bestimmung des Alkoholgehaltes die Strömungsgeschwindigkeit des aus einem Gärbehälter entweichenden Gases mit einem Gasdurchflussgeschwindigkeitsmessgerät ermittelt. Aufgrund dieses Messergebnisses wird die Temperatur der Sake-Rohmasse kontrolliert, indem ein Heiz- oder Kühlwasserkreislauf aktiviert wird. Die Installation ist sehr aufwendig.
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In der
US 6 058 774 A und der
DE 42 43 573 A1 werden das allgemeine Prinzip der Messung von Strömungsgeschwindigkeiten über die Erwärmung des Gasstromes mit einem Heizelement und zumindest einem nachgeschalteten Temperatursensor beschrieben. Für die Messung ist eine Messstrecke und mehrere Wirk- und Messeinheiten notwendig. Die Installation ist aufwendig. Der Temperatursensor und das Heizelemente sind getrennte Einheiten.
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In der
DE 10 2004 011 413 A1 wird eine Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung der alkoholischen Gärung von Traubenmosten und anderen Fruchtsäften beschrieben, um den Gärverlauf zu verfolgen. Dabei erfolgt eine kontinuierliche Messung des Flusses des entstehenden Kohlendioxids über Volumen- oder Strömungsmessgeräte, um die Vergärungsrate zu bestimmen, wodurch die Temperatur so gesteuert wird, dass eine optimale Vergärungsgeschwindigkeit eingehalten wird. Die Gärgase der einzelnen Tanks werden über Magnetventile zyklisch auf eine zum Massenflussmesser führenden Leitung aufgeschaltet und über diesen dem Messgerät zugeführt.
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In der Publikation zur Interventis Interfructa, Der Deutsche Weinbau vom 23.03.2007 wird ein alternatives Gärsteuerungssystem vorgestellt, bei dem die Temperaturführung und die Dichteabbaurate sowie Nährstoffsituation berücksichtigt werden. Auf diese Weise sollen kritische Gärsituationen vorab erkannt werden.
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In der
DE 10 2005 053 096 A1 werden ein Verfahren zur Kalibration eines kalorimetrischen Durchflussmessgerätes und eine entsprechende Vorrichtung beschrieben, die zumindest einen Temperatursensor und ein Heiz-/Kühlelement aufweist. Temperatursensor und Heiz-/Kühlelemente sind getrennte Einheiten. Das Durchflussmessgerät ist mit mindestens einem Wärmewiderstandselement ausgerüstet, welches einen einstellbaren thermischen Widerstandswert aufweist und in thermischen Kontakt gebracht wird. Von dem Heizelement wird eine wählbare Wärmemenge erzeugt und die Temperatur über den Temperatursensor gemessen. Anschließend erfolgt ein Vergleich mit einem Sollwert.
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Diese im zuvor genannten Stand der Technik beschriebenen Verfahren zur Überwachung von Gärvorgängen sind nicht zufriedenstellend. Eine aräometrische Messung ist zeitaufwändig und arbeitsintensiv und erfordert eine regelmäßige Probenentnahme. Eine Automatisierung ist nur mit erheblichem Aufwand möglich. Eine Überwachung des Gärvorganges über eine Ermittlung der Gasmenge ist insbesondere bei kleinen Volumenströmen ungenau und erfordert weitere Mittel oder Maßnahmen, um auch solche Volumenströme exakt messen zu können. Sehr oft ist hierzu ein erheblicher technischer Aufwand erforderlich. Die bekannten Verfahren zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit des aus einem Gärbehälter entweichenden Gases sind ebenfalls sehr aufwendig und benötigen umfangreiche Installations- und Messeinrichtungen.
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Ausgehend von der
JP 07 023 764 A ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte und zugleich einfach zu installierende Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit des aus einem Gärbehälter entweichenden Gases zur Überwachung des Gärvorganges bereit zu stellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 8.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Überwachen eines Gärvorganges erfolgt eine Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des aus einem Gärbehälter ausströmenden Gases, die wiederum abhängig ist von einem kontinuierlich ablaufenden Gärvorgang in dem Gärbehälter. Durch Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit ist es möglich, die Gasbildung und damit den Gärverlauf zu verfolgen und gegebenenfalls auf diesen Einfluss zu nehmen.
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Zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit ist eine Messeinrichtung notwendig, die zweckmäßigerweise in einer Gärröhre angeordnet ist, da hier üblicherweise das aus dem Gärbehälter entweichende Gas hindurchgeleitet wird.
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Der Ausdruck „Gärröhre” oder „Gärröhrchen” wird synonym mit der Bezeichnung Gärspund, Gärrohr, Gärpfeife, Gärglas, Gäraufsatz oder Spunden verwendet. Die Gärröhre verschließt die Öffnung des Gärbehälters bzw. des Maischegefäßes so, dass während des Gärprozesses das freigesetzte Gärgas, hauptsächlich Kohlenstoffdioxid, aus dem Gärbehälter in die Gärröhre entweichen kann, ohne dass Luft bzw. Sauerstoff von außen in den Behälter eindringen kann. Das Eindringen von Sauerstoff würde zu einer unerwünschten Oxidation des Gärgutes führen und Essigbildung wäre die Folge.
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Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist eine kalorimetrische Messeinrichtung, die in der Gärröhre angeordnet ist und im folgenden näher beschrieben werden soll.
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Zur kalorimetrischen Messung ist ein Heiz- oder Kühlelement vorgesehen, das eine höhere oder eine niedrigere Temperatur besitzt, als das umströmende aus dem Gärbehälter entweichende Gas. Die Messung erfolgt auf Grundlage des eingesetzten Energiebedarfes, der notwendig ist, um das Heiz- oder Kühlelement auf Solltemperatur zu bringen. Anhand der Temperaturdifferenz und des eingesetzten Energiebedarfes lässt sich die Strömungsgeschwindigkeit ermitteln. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Heiz- oder Kühlelement und der Temperatursensor in einem Element in der Gärröhre vereint sind, wobei das Heiz- oder Kühlelement zugleich der Temperatursensor ist und dessen Funktion zur Gastemperaturmessung übernimmt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist zur kalorimetrischen Messung das Heiz- oder Kühlelement in dem Strömungskanal des entweichenden Gases in der Gärröhre, angeordnet. In einer Ausführungsform besitzt das Heizelement eine höhere Solltemperatur als die Temperatur des entweichenden Gases (THeiz > TGas). Die Bestimmung der Temperatur des entweichenden Gases erfolgt über das Heiz- oder Kühlelement, welches zugleich ein Messsensor zur Gastemperaturmessung ist und dessen Funktion übernimmt. Hierzu wird der zur Erhitzung des Heizelementes notwendige Stromfluss durch das Heizelement kurzfristig unterbrochen und mit dem Messsensor die Temperatur des aus dem Gärbehälter entweichenden Gases gemessen. Nach Bestimmung der Gastemperatur wird das Heizelement durch Stromaufnahme wieder auf die Solltemperatur gebracht.
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Je nach Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Gärbehälter entweichenden Gases erfolgt eine Abkühlung des Heizelementes durch Wärmeabfuhr, wodurch das Heizelement um einen bestimmten Temperaturbetrag abkühlt wird. Die Temperaturdifferenz zwischen der Solltemperatur des Heizelementes und der abgesenkten Temperatur ist abhängig von und proportional zu der Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Gärbehälter entweichenden Gases. Eine Bestimmung der Absenktemperatur erfolgt indirekt durch Ermittlung des Energiebedarfes, der notwendig ist, um das Heizelement wieder auf Solltemperatur zu bringen. Anhand des so investierten Energiebedarfes ist ein Rückschluss auf die Strömungsgeschwindigkeit des Gases möglich.
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Die Gastemperatur wird durch den Temperatursensor festgestellt. Erfolgt eine Messung des Einschaltstroms beim ersten Einschalten, so ist dieser proportional zur Sensortemperatur, welche in diesem Fall der Gastemperatur entspricht.
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Anstelle des Heizelementes kann auch ein Kühlelement eingesetzt werden. Hierbei ist der Vorgang umgekehrt. Die Solltemperatur des Kühlelementes ist niedriger als die Temperatur des Gases. Durch kommt es zu einer Erwärmung des Kühlelementes. Zur Kompensierung ist ein Energieaufwand notwendig, um das Kühlelement auf die Solltemperatur zu bringen. Ein Beispiel eines solchen Kühlelementes ist das Peltier-Element (auch TEC-Element genannt), bei dem ein Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz oder eine Temperaturdifferenz einen Stromfluss erzeugt. Aber auch sonstige Halbleiter basierte Temperaturelemente sind in der vorliegenden Erfindung verwendbar.
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Vorzugsweise besteht das Heiz- oder Kühlelement aus einem nicht leitenden, isolierenden Trägermaterial wie Kunststoff oder Keramik, auf dem eine dünne Metallschicht mit PTC-Eigenschaften aufgebracht ist. Bei Anlegen einer Spannung erwärmt sich das Metall bis der Stromfluss durch den sich erhöhenden elektrischen Widerstand des Metalls begrenzt wird. Bei einem Kühlelement verhält es sich umgekehrt. Schaltet man zyklisch die Spannung an und aus, ist der Einschaltstrom proportional zur Temperatur der Metallelektrode. Bei bekannter Ausgangstemperatur kann man so die Temperaturänderung des Heiz- oder Kühlelements ermitteln. Diese Temperaturänderung ist direkt abhängig von der Gastemperatur und dem Gasdurchfluss.
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Erfindungsgemäß vereint man auf einem nicht leitenden Trägermaterial einen wie zuvor beschriebenen Heizkreis und einen oder mehrere Temperatursensoren. Hierbei erfolgt die Messung des Gases, wenn der Heizkreis durch den integrierten Temperatursensor stromlos ist. Für die Messung des Gasstromes wird die Solltemperatur des Heizkreises auf einen Betrag gesetzt, welche der Gastemperatur plus einen bestimmten Differenzbetrag entspricht. Ferner wird ein Regelkreis zur Einhaltung dieser Sensortemperatur gebildet. Der Regelkreis hat die Möglichkeit, den Strom durch den Heizkreis zu erhöhen oder zu vermindern.
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Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des am Sensor vorbeiströmenden Gases Wärme abgeführt, wodurch die Temperatur des Heizkreises sinkt. Der Regelkreis erhöht den Heizstrom, der somit dem Gasfluss proportional ist. Bei Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit ist es umgekehrt; der Heizkreis heizt sich aufgrund der geringeren Wärmeabfuhr auf und der Regelkreis senkt den Stromfluss durch den Heizkreis, welcher proportional zur Strömungsgeschwindigkeit ist. Der Messbereich für die Geschwindigkeitsmessung kann über den Differenzwert erhöht oder erniedrigt werden. Je höher die Temperaturdifferenz zwischen Heizkreis und Fluid, desto empfindlicher reagiert der Sensor auf Gasströme. So können auch kleine Strömungsgeschwindigkeiten zuverlässig gemessen werden.
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Wenn die Sensoren mit einem hitzebeständigen und wasserfesten Lack versehen werden, sind sie zudem unempfindlich gegen Feuchtigkeit und Verschmutzung.
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Der Temperaturunterschied zwischen der Solltemperatur des Heiz- oder Kühlelementes und der Temperatur des aus dem Gärbehälter entweichenden Gases kann in der Abhängigkeit von der Größe des Gärbehälters festgesetzt werden, wobei bei kleineren Behältern die Temperaturdifferenz der beiden Kenngrößen größer ausfallen sollte als bei größeren Behältern.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Heiz- oder Kühlelement, welches zugleich der Temperatursensor ist, unmittelbar im Strömungskanal des entweichenden Gases in der Gärröhre angeordnet.
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Die Vorrichtung kann ferner einen oder mehrere Strömungssensoren umfassen, mit denen die Strömungsrichtung des Gases ermittelt werden kann. Der Strömungssensor kann ebenfalls in der Gärröhre angeordnet sein. Mit dem Strömungssensor ist es möglich, einen Rückstrom von Gas aus der Gärröhre in den Gärbehälter festzustellen. Da ein Rückstrom unbedingt vermieden werden soll, wird in diesem Fall ein Alarm ausgelöst, so dass der Betreiber über diesen Zustand informiert wird.
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Die Vorrichtung kann ferner einen Füllstandsanzeiger umfassen, mit dem ermittelt werden kann, ob und/oder wie viel Flüssigkeit sich in der Gärröhre befindet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der durch die Flüssigkeit bewirkte Rückstaudruck konstant bleibt und die Messergebnisse nicht verfälscht werden. Der Füllstandsanzeiger befindet sich vorzugsweise im aufsteigenden stromabwärts gelegenen Gärrohrast unmittelbar vor der zweiten Gärrohrerweiterung. Die Messung kann über Differenzdrucksensoren erfolgen, die den Staudruck ermitteln. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung von Sensoren zur Messung der Leitfähigkeit der Gärröhrenflüssigkeit. Eine Änderung der Leitfähigkeit würde vorliegen, wenn der Flüssigkeitsspiegel in der Gärröhre unter einen bestimmten Sollwert fällt. Durch den Einsatz elektrischer Messverfahren ist eine automatische Alarmierung möglich, wenn der Flüssigkeitsspiegel unter den Sollwert fällt. Ferner ist vorgesehen, dass die Befüllung der Gärröhre mit Flüssigkeit automatisiert erfolgt, sobald sich zu wenig Flüssigkeit im Gärrohrbogen befindet.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass keine mechanischen Teile mehr durch den Gasstrom bewegt werden müssen, wie es bei Verfahren im Stand der Technik der Fall ist. Anhand der ermittelten Strömungsgeschwindigkeit können unmittelbar aus den gewonnenen Messwerten oder den nachfolgend errechneten Daten Regelparameter über Kenngrößen wie Gärungsfortschritt, Restzucker oder Alkoholgehalt abgeleitet werden. Zur Speicherung, Analyse und Verarbeitung der so ermittelten Messwerte ist vorzugsweise eine Steuereinheit vorgesehen, welche elektronisch mit einer Kommunikationsschnittstelle zur Datenübertragung verbunden ist.
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Durch eine elektronische Erfassung der Messwerte und Verarbeitung der Daten ist es möglich, über elektrisch gesteuerte Regelkreise den Gärungsfortschritt voll- oder halbautomatisch, beispielsweise durch Erhöhung und Absenkung der Behältertemperatur und/oder der Gärguttemperatur, zu regeln. Ferner ist es möglich, die Messergebnisse grafisch darzustellen und die Rahmenparameter, wie ursprünglicher Zuckergehalt des Gärgutes und das Volumen des Gärgutes als Rechengrundlage für die Geschwindigkeit der Zuckerabnahme, Alkoholzunahme und verbleibenden Restzucker zu ermitteln. Die Datenverarbeitung kann über einen Computer (PC) erfolgen. Bevorzugt sind hierbei zentral ablaufende Datenverarbeitungsprozesse und Regelinstrumente.
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Die Darstellung der Messergebnisse und Parametereingabe kann sowohl lokal auf einer angeschlossenen Datenverarbeitungsanlage als auch als Internetseite zur Fernkontrolle und Parametrierung erfolgen. Die Datenverbindung zwischen den Sensoren und der Datenverarbeitungsanlage kann sowohl drahtgebunden über ein Bus-System als auch drahtlos per Funk erfolgen.
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Die Datenverarbeitungsanlage besitzt vorzugsweise Einrichtungen zur Meldung von Störungen der Anlage oder der Sensoren, Über- oder Unterschreitungen von Grenzwerten oder Regelparametern. Die Alarmierung kann optisch (z. B. Anzeige auf Monitor, IC-Display, Blinkleuchte, Klimmleuchte), akustisch (z. B. Sirene, Summer, Sprachausgabe) oder elektronisch (z. B. E-Mail, SMS, Internet) erfolgen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch mit wenigen Handgriffen von einem Gärbehälter auf einen anderen montiert werden, so dass die Vorrichtung während der Reifephase des Gärgutes für Gärgut in anderen Behältern verwendet werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Vorrichtungen in einer Anlage mit mehreren Gärbehältern vorgesehen, wobei eine Erfassung und Verarbeitung von Messwerten und/oder Daten von mehreren Messeinrichtungen und eine unabhängige Kontrolle und individuelle Regulation der einzelnen Gärbehälter erfolgt. Auf diese Weise ist es möglich, auf die Gärvorgänge in den einzelnen Gärbehältern individuell Einfluss zu nehmen, beispielsweise durch Erhöhung oder Absenkung der Temperatur im Gärgut oder im Gärbehälter. Geeignete Mittel zur Temperaturregulation in den Gärbehältern sind im Stand der Technik bekannt.
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Die Erfindung soll anhand der folgenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen
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1 einen Gärbehälter mit aufgesetzter Gärröhre und erfindungsgemäßer Messeinrichtung,
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2 eine Detaildarstellung einer Gärröhre mit erfindungsgemäßer Messeinrichtung,
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3 eine Seitenansicht eines Gärbehälters mit Gärröhre und erfindungsgemäßer Messeinrichtung, und
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4 eine Mehrfachanordnung von mehreren Messeinrichtungen mit elektronischer Datenverarbeitung.
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In 1 erkennt man die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung des Gärvorgangs. Auf dem Gärbehälter 8 befindet sich eine Gärröhre 1, wie sie zur Herstellung von Wein, Bier oder Spirituosen üblicherweise verwendet wird. In der Gärröhre 1 befindet sich die Messeinrichtung 4.
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Das durch den Stoffwechsel der Mikroorganismen produzierte Gas gelangt über eine Entlüftungsöffnung 9 in das darin eingesetzte Gärrohr 1. Die Entlüftungsöffnung 9 ist mit einem Gummistopfen 5 abgedichtet, so dass keine Stoffe von außen (wie Gase, Mikroorganismen oder Insekten) in den Gärbehälter 8 gelangen und dadurch das Produkt negativ beeinflussen können. Andererseits können keine entstehenden Gase aus dem Gärbehälter 8 in die Umwelt austreten.
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In 2 ist die Gärröhre 1 mit der Messeinrichtung 4 genauer dargestellt. Die Gärröhre 1 ist im Wesentlichen S-förmig aufgebaut und besitzt an ihrem stromabwärts gelegenen U-förmigen Abschnitt (oft auch als Wasserfalle bezeichnet) zwei parallel in etwa gleicher Höhe angeordnete Gärrohrerweiterungen 7. In diesem Abschnitt der Gärröhre 1 befindet sich Flüssigkeit 3, wie z. B. Wasser oder wässrige Lösungen, die zur Kontrolle der Gasbildung nützlich ist. Der aus dem Gärbehälter 8 entweichende Gasstrom 2 gelangt über die Entlüftungsöffnung 9 in die Gärröhre 1. Hierbei umströmt der entweichende Gasstrom 2 die Messeinrichtung 4, bestehend aus Heiz- oder Kühlelement 4b und Temperatursensor. Erfindungsgemäß ist das Heiz- oder Kühlelement 4b zugleich Temperatursensor und übernimmt die Funktion des Messsensors zur Gastemperaturmessung.
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Das Heiz- oder Kühlelement 4b ist mittels eines Verbindungszapfens 4a mit der Gärröhre 1 über einen Stutzen 6 verbunden und reicht in das Innere der Gärröhre 1.
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Entweicht Gas aus dem Gärbehälter 8, fängt die Flüssigkeit 3 in dem U-förmigen Abschnitt der Gärröhre 1 an zu blubbern und verdrängt die Flüssigkeit 3 in die stromabwärts angeordnete Gärrohrerweiterung 7.
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Das Heiz- oder Kühlelement 4b ist vorzugsweise unempfindlich für feuchtigkeitsbedingte Kurzschlüsse und Verschmutzungen.
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In der dargestellten Ausführungsform hat das Heiz- oder Kühlelement 4b – wie zuvor erwähnt – auch die Funktion des Temperatursensors. Der Temperatursensor misst die Temperatur des entweichenden Gasstromes 2, während das Heizelement durch Stromfluss über einen Regelkreis auf die Solltemperatur erhitzt wird, bzw. in der Alternativausführung das Kühlelement abgekühlt wird.
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Die Solltemperatur des Heizelementes 4b ist höher als die Temperatur des entweichenden Gases. Je nach Strömungsgeschwindigkeit wird das Heizelement 4b unterschiedlich stark abgekühlt. Um die Solltemperatur des Heizelementes 4b aufrecht zu erhalten, wird über einen Heizkreislauf das Heizelement 4b wieder auf die Solltemperatur gebracht.
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In der Alternativausführung, in der ein Kühlelement zum Einsatz kommt, ist es umgekehrt. Hierbei liegt die Solltemperatur des Kühlelementes unterhalb der Gastemperatur. Durch den Gasstrom erfolgt geschwindigkeitsabhängig eine Erwärmung des Kühlelementes. Durch Stromfluss wird das Kühlelement wieder auf die Solltemperatur abgekühlt.
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Durch die Temperaturdifferenz lässt sich die Strömungsgeschwindigkeit ermitteln, die einen Aufschluss über Gärparameter, wie Glucosemenge, CO2-Gehalt etc. gibt.
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Der eingesetzte Energiebedarf (Stromaufnahme) ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit. Die benötigte elektrische Leistung des Heiz- oder Kühlelementes 4b dient als Messwert für die Strömungsgeschwindigkeit des Gases, woraus sich die Gärintensität ermitteln lässt. Der Gärverlauf kann so anhand der Strömungsgeschwindigkeit verfolgt und optimiert werden.
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In 3 erkennt man in Seitenansicht den Gärbehälter 8 mit Entlüftungsöffnung 9 und den darin eingesetzten Gummistopfen 5, durch den die Gärröhre 1 abgedichtet eingesetzt ist. In der Gärröhre 1 befindet sich das Heiz- oder Kühlelement 4b, welches zugleich Temperatursensor ist, das über einen Verbindungszapfen 4a mit der Gärröhre 1 verbunden ist. Zum Einsatz des Verbindungszapfens 4a in die Gärröhre 1 besitzt die Gärröhre 1 einen nach außen offenen seitlich ausgebildeten Stutzen 6. Durch diesen kann der Verbindungszapfen 4a der Messeinrichtung 4 einfach geführt werden. Ferner erkennt man die Gärrohrerweiterung 7.
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In 4 wird eine Gesamtdarstellung einer Anlage mit drei schematisch dargestellten Sensoreinheiten für drei Gärbehälter 8 gezeigt. Jeder Gärbehälter 8 ist über die zuvor beschriebene Gärröhre 1 und Temperatursensor 4b mit einer Steuerelektronik 10 verbunden. Die Steuerelektronik 10 nimmt die Erfassung und gegebenenfalls Analyse und/oder Verarbeitung der Messwerte vor und steuert gegebenenfalls die Regelelektronik. Vorzugsweise werden die gewonnenen Messwerte und/oder Daten über eine EDV-Anlage ausgewertet und die Anlage entsprechend der Messergebnisse reguliert. Eine Bus-Leitung 11 dient zur Sicherstellung der Kommunikation der einzelnen Systemteile, wobei auch eine drahtlose Kommunikation über Funk möglich ist. In gleicher Weise können auch weitere Messeinrichtungen, Stellglieder, Visualisierungseinrichtungen oder Kommunikationsschnittstellen in das System eingebunden werden.