Den fjerde version af Hansen Bryg’s bryggeri er i støbeskeen. Tanken er et modul opbygget RIMS (Recirculation Infusion Mash System)

Kort fortalt er et RIMS system en gryde med en si bund/indsats si, varme legemer, cirkulation og termostat styrring. Væsken cirkuleres kontinuert fra grydens bund op over malten med pumpen. Dette giver en ensartet temperatur i hele beholderen med mæsk og gør at enzymprocesser og hermed hvilke sukker arter der trækkes ud af malten kan styres bedre.

RIMS systemet er valgt udfra relativt gode erfaringer med denne form for brygning, som desværre er lidt stort, kompliceret og dyrt at bygge.

Valget er taget udfra først og fremmest den god temperatur styring samt mulighed for en lidt mere kompliceret maltnings process, da der relativt nemt kan laves en varieret temperatur profil og hurtige skift i mæske temperatur.

Tanken er at bygge et brygsystem der kan bruges til lidt mere end bare øl som f.eks ost, vandbehandling eller pasteurisering.

Kapaciteten skal være ca. 50 liter svarende til to standart 29 liters gærspande pr. bryg.

Designet skal være simpelt, billigt, let at rengøre og flytte. Det vigtigste er bedst mulig temperatur regulering under processen for ensartethed og reproducerbarhed.

Studie på nettet af alverdens hjemmebyggede systemer viser at der indtil nu ikke er lavet noget rigtigt smart. Enten fylder det utroligt meget, er svært at rengøre eller har tunge løft af indsatssigter med med malt og urt. I den lidt smartere ende er systemer med tre gryder eller indsats sien kombineret med en “kran”.

Bagdelen ved RIMS systemet er erfaringer på den forrige version af bryggeriet HB3-24-RIMS.

Balancering af væskestrømmen fra grydens bund op over malten kan være svær at styre stabilt. Cirkulations pumpen og si bunden som har meget forskellig flow gennemstrømning afhængigt af maltens valsegrad. Der er risiko for at pumpen kaviterer og trækker ilt ind i brygget hvis der ikke opnås tilstrækkelig flow ned gennem malten. Cirkulation omkring varmelegemer er ikke stor nok og kan medføre påbrænding af sukker på varmelegemer.

Yderligerer der en tendens til at væsken løber den “letteste” vej ned gennem malten. Ved et stationært system uden omrøring kan væsken danne kanaler i malten og der opnås ikke en homogen temperatur i al malten. Disse problemer ønskes løst for at opnå et mest muligt driftsikkert og process stabilt bryggeri.

Tanken er at bygge et open source system alle kan kopierer og bygge med simple midler. Et sidste krav er derfor at alt skal kunne bygges med forhåndenværende værktøj. Det vil være en fordel hvis alt kan laves med en boremaskine, sav og simpelt skruers sammen. Tætninger skal være pakninger, teflonbånd og kun nødtvunget svejsning hvis ikke andet kan lade sig gøre.

Kravspecifikation og Design

Efter en del grublerier faldt valget på et traditionelt RIMS system med 3 gryder, Lauter Tune, Boiler og Spargin water.

Tanken er at bygge bryggeriet i moduler så man afhængigt af opgaverne kan kombinerer set-up efter behov. Modulet til ost, vandbehandling mm. kan efterfølgende designes.

Da det er et fødevarebehandlingsystem skal alt laves i rustfrit stål og kunne regnøres med et minimum af ufremkommelige overflader.

Af plads hensyn er der valgt at opbygge systemet som en søjle der stables lodret og let kan løftes fra hinanden for rengøring og service.

Bryggeriet bygges af to primær gryder Lauter Tune og Boiler samt en sekundær vandkoger for spargin af urten.

Det hele skal sættes på et stativ med hjul så transport og opstilling let kan udføres inde eller ude.

Da der skal opvarmes 50 liter vand er det tanken at boileren bruges som forvarmer af vand så der skal være mulighed for at pumpe vand mellem Boiler og Lauter tune.

Der ønskes en høj varme effekt i Boileren for f.eks. hurtig opvarmning af vand. Yderlige ønskes at kunne opnå en meget præcis styring af temperaturen inden for +/-0.1°C. Dette bruges ved ostefremstilling eller vand behandling.

Komponenter

Første del af byggeriet var indsamling af komponenter, nogle genbrugte og andre nye specifikt for dette bryggeri.

Fra www.Auberis.com er et Amerikansk firma specialiseret i Plug and Play elektronik for hjemmebryggerier, røgerier og souse vide mm. Nok ikke det billigste men gode erfaringer med nogle af deres øvrige produkter.

PID Termostat 1 . Type DSPR400. Dual Mode termostat med
1°C eller 0.1°C temperatur opløsning. Specielt velegnet for vandbehandling med stor præstation i temperatur styrringen .

Specifikation:
Power input: 90-260 VAC, 50 Hz.
Temperature sensor input: Pt100 RTD.
Dual mode Temperature display resolution: 1°C or 0.1°C,   
SSR Output: 12VDC, 80 mA. (It can drive up to 6 SSRs in parallel)

PID Termostat 2. DSPR 310. Mæske termostat med +/-1 Celsius præstion samt , 8 punkters temperatur profil. Derved muligt fra termostaten at styrer mæske profilen meget præcist.

Specifikation: Power input: 90-260VAC, 50 Hz. Temperature sensor input: Pt100 RTD. Temperature display resolution: 1°C,    8 Point Timer fuction Timer range: 99 hr 59 minutes with 1 min resolution. SSR Output: 12VDC, 80 mA. (It can drive up to 6 SSRs in parallel)

PT 100 RTD Termofølere

Solid Stage SSR 50A Relæ, DC 3-32v input, output AC400v

Mæske Pumpe – 220v, Fødevare odkendt, max. 90°C , 17 – 22l/min

Rørerværk – 12V, Visker motor fra www.Biltema.dk

Hjælpe Pumpe 2, 12v , 12l/min. For cirkulation og flytning af urt/spargin water mellem gryde Varmelegmer, 220v, 2200w (indkøbt i Kina for nærmest ingen penge)

2 stk. 50Liter Rustfrie gryder fra www.brygforretningen.dk

Bryggeriets konstruktion og funktion

Lauter Tune

Lauter tune er den mest komplicerede gryde. Grydens formål er bedst mulig regulering af temperaturen i hele grydens volumen. Der er her valgt en kombination af flow omrøring samt et fysisk rører værk der omrøre malten i gryden.

Beholderen er bygget af en 50 liter rustfri gryde, en cirkulationspumpe, en perforeret bundplade (si-bund), et varmelegme, en termostat og et rørsystem.

Lauter Tun er monteret med et 2200W varmelegme i grydens bund. Dette er meget lidt for opvarmning af 45 liter vand og tanken er at Boileren bruges som forvarmning og lauter tun er kun velgiehold af temperaturen under mæskning.

Malt og vand hældes i gryden ovenpå si-bunden. Pumpen gennemstrømmer malten kontinuert mens varmelegme og termostat sikre en ensartet temperatur i hele gryden under mæskning.

I det forrige bryggeri blev urten cirkuleret fra bunden og op over malten. Det er den traditionel måde at gøre det på, og kan ses på mange købe og hjemmebyggede systemer. Problemet er at si-bunden kan stoppe til hvis malten er valset for fint og der er formange små partikler. Fordelen er at nettop de mindre partikler filtreres fra i malt der pakker sammen som et filter.

Stopper si-bunden risikere man at pumpen dræner væsken væk fra varmelegeme som enten får en fastbrændt belægning eller brænder helt af på grund af manglende køling.

Yderligere er det konstateret at væsken under cirkulation har tendens til at lave kanaler i malten. Der opnås derved ikke den ønskede jævne væskestrøm i hele gryden da det er lettere for væsken at passere lokale i kanaler gennem malt laget.

 

Si-bunden er løftet 60 mm over grydens bund med nogle simple afstands stykker. Si-bunden adskiller malten fra direkte kontakt med varmelegme i grydens bund og sikre at cirkulations pumpen ikke stopper til

Overflow cirkulations system

Rørsystemet er designet som et overflow cirkulations system og består af et indre og et ydre rør monteret i et T-stykke.

Pumpens indgang monteres med et 1″ T-stykke som er skruet fast i grydens bund. T-stykket er monteret med en 1″ – 1/2 ” reduktion hvor der skrues et 1/2″ gevindrør. (indre Rør). Indrerør er lidt længere end grydens højde så der aldrig kan komme væske i dette rør. Et 1″ rør med en længde 75 mm kortere end grydes højde skrues i T-Stykket. Pumpens udgang forbindes med grydens bund. Det er nu muligt at cirkulerer urten ned gennem det ydre rør og op gennem grydens bund.

Fordelen er at rørsystemet er meget kompakt, si-bunden kan aldrig stoppe til da urten pumpes op gennem malten. hovedparten af rørsystemet er indvendigt i gryden i den opvarmede væske, så varmetabet er minimalt.

Bagdelen er at indsugningen skal sikres med et filter der ligeledes kan stoppe til. Der er her eksperimenteret med forskellige løsninger.

Rørsystemet er noget indspændt og der er en potentiel risiko for utætheder som følge af termisk udvidelse, men det må løses hvis problemet opstår senere.

Rørerværk

Som tidligere nævnt ønskes omrøring af malten for at sikre bedst mulig opvarmning i hele gryden. Det er uvist om det er nødvendigt men betydeligt nemmere at bygge ind nu end senere.

Røreværket monteres i det indrerør (gul) med en aksel (Rød) forbundet til visker-motoren. Da det indrerør (gul) er højere end grydens kant kan der aldrig trænge væske ind i røreværket. Det indrerør (gul) er skruet i en reduktion nippel i T-stykket og der opnås derved en meget simpel og sikker gevind tætning mellem rørsystem og røreværk. Visker motoren er monteret med en flange (Brun) med 1/2″ gevind skruet direkte på enden af det indrerør (Gul)

Røreværket er et 1 1/4″ rustfrit rør monteret med tre hals jern hver med et stykke M10 rustfri gevindstang. Røret er monteret til akslen og roterer udenom cirkulations systemet.

Der lavet huller så væsken kan løbe genne og ind til rørsystemet. Mellem det indrerør og røreværket er der plast bøsninger for centrering og leje.

Da malten hurtigt suger vand og falder til bunds og da pumpens flow er relativt lavt er det minimalt hvad der flyder på toppen af urten under bryg processen. kun lette auner og malt der ikke helt er gennemvædet kan løbe ned i til pumpen.

Pumpen sikres mod malt rester ved at monterer filtre på til og afgang til pumpen.

På tilgang røret er der anvendt et indsats filter til en snavs samler som passer perfekt over rørtoppen . Filteret er løst monteret og kan let løftes af og renses hvis nødvendigt.

På tilgang til pumpen er ligeledes anvendt et indsats filter som skrues direkte i 1/2″ gevindet i grydens bund der tilslutter pumpn

Boiler.

Denne gryde har til formål at give bedst mulig temperatur regulering ved kogning af urt, ved vandbehandling eller f.eks. oste fremstilling. Gryden er forsynet med 3 styk. 2200 W varmelegemer monteret direkte i grydens bund. For normal øl-brygning kan 50 Liter vand forvarmes meget hurtigt.

Boiler monteres med to termorfølere for at kunne realiserer hurtig boster opvarmning for store væske mængder eller hurtig ændring af process parametre.

Ved Booster opvarmning bruges to varmelegemer parallel koblet med DSPR310D Termostaten og det tredje varmelegeme for fin justering koblet med DSPR400 termostaten. Set punktet på boster varmelegemerne (DSPR310D Termostaten) sættes et par grader under for DSPR400 termostaten så “grov” justering af temperaturen sker med samlet 6600 W og fin justering sker ved udkobling af de to booster varmelegmed med kun 2200 W og en termostat med 0,1°C .

Boiler er som Lauter  Tun bygget ud fra en 50 Liter rustfri gryde.

I Boiler er der monteret et rørsystem centreret i grydens bund for aftapning af urt, cirkulation af urt i gryden samt mulighed for at pumpe urt eller varmt vand fra Boiler til Lauter Tune.

Rørsystem Boiler

Rør system er meget simpelt opbygget så væsken suges i beholderens bund og cirkuleres med pumpen til beholderens top.

Rørsystemet er forbundet en 12V pumpe som igen er forbundet med en tre vejs kugle ventil. Med ventilen er det muligt at vælge cirkulation i Boiler eller en rør forbindelse til Lauter Tune.

Ved at cirkulerer urten fra grydens bund og pumpe den ind langs grydens side er det muligt af fremkalde en hvirvel i gryden. Tanken er at få hele grydens indholdet i rotation over varmelegemerne og på brænding derved undgås.

For at kunne flytte væsken fra boiler til Lauter tun for f.eks. hurtig opvarmning er rørsystemet designet med en trevejs ventil så væsken kan pumpes direkte til Lauter Tun.

Kølespiral

Køle spiralen er en standard rustfri urt køler købt i en bryg forretning og monteret med rustfrie klemrings fittings.

Spiralen primære formål er køling af urten ved gennemstrømning med rigelige mængder koldt vand. Systemet er lavet med almindelige slange fittings så en have slange kan tilsluttes på til og afgang. Alternativt kan der på-sættes en ekstern pumpe og kølevandet tages fra en 40 m3 swimmingpoolsom er specielt effektiv om vinteren.

Det var tanken at monterer kølespiralen med unioner og snap låse for hurtig de-montage og rengøring. Dette er skønnet for usikkert med risiko for dekonterminering af urten og venter til en senere opgraderin

Sekundært bruges køle spiralen som pasteurisering apparat. På indgangen til spiralen monteres en pumpe. På udgangen af spiralen monteres en drøvle ventil og et termometer. Boileren fyldes med varmt vand og spiralen gennemstrømmes med f.eks .sider der skal pasteuseres. Pumpen pumper hurtigst muligt væsken gennem spiralen og Flow reguleres på udgangs siden så den ønskede pasteuriserings temperatur opnås, se mere herom under moduler.

El-Skab

Elskabet er genbrug fra bryggeri HB3-24-RIMS som måtte lade livet. Skabet er oprindeligt klunset fra et nedlagt udviklingsprojekt i slagteri branchen. Skabet bygget som et 220 V motorstyrrings skab med frekvensomformer samt 12 og 24 V strømforsyning. Bryggeri HB3 brugte det i en ombygget konfiguration Ver. 1 med en hjemmebygget termostat og en lille PLC som aldrig rigtigt kom til at virke.

I ombygning ver.2 er skabet ændret til 380 V forsyning som tre separerende kredse på 220 V/16 A.

Kreds 1 styrer 2 styk PID Termosteter DSPR 310D og DSPR 400, et 220 V pumpe udtag med frekvens omformer til mæske pumpe, Et 12 V udtag med potmeter til Pumpe 2 samt køle blæser og et 2200 W varmelegeme som forsynes over et Solid Stage Relæ og styret af DSPR310D Termostaten.

Kreds 2 og 3 styrers af termostat DSPR400 parallelt forbundet til 2 Solid Stage relæer med hver et 2200 W varmelegeme.

Nødstop, sikrings del og jording design er det oprindelige som skabet er designet med.

Skabet er yderlige ombygget med nye connectors for 3 x 220 V power in-put samt 4 x 220 V output for varmelegemer og mæske pumpe. Der er yderligere monteret stik for 12 V pumpeudtag, termfølere samt 2 ekstra 24 V udtag just in case.

Alle stik forbindelser er lavet med standard 220 V stik fra kasserede apparater.

Der er designet et par el fordeler bokse som er 3D printende og monteret på Lauter Tun og Boiler. Alt er forbundet og tætnet til fordeler bokse og derfra forbundet med stik forbimdelser.

Stativ

Stativer er bygget af ø42 x 3 Galvaniseret jern rør og støbt galvaniserede støbejerns fittings fra www.easysteel.dk. Stativet er designet så en 29 l termostat gryde kan monteres under de øvrige gryder. Der er monteret hjul samt de t forreste støtteben kan justeres i højden for op-ligning af bryggeriet. Tanken er at det hele kan flyttes som en sækkevogn.

De øverste rørfittings er valgt som T-stykker hvorved næste modul kan stilles direkte oven på stativet. T-stykket har pinol skruer som strames omkring boiler modulets ben hvilket giver et stabilt system under transport.

Spargin water.

Denne gryde er som udgangspunkt ned prioriteret  og der anvendes en std. 29 l Rustfri el-gryde med termostat. Termostaten er ikke alverdens præsis men udmærket for spædevand som bare ikke skal overstige 80°C.

Moduler – Andre formål

Da bryggeriet er modul opbygget er der allerede nu planlagt flere moduler for destillation, oste fremstilling samt pasteurisering.

Ostefremstilling

Ved forsøg med fremstilling af parmesanost er det konstateret at små oste tørre relativt hurtigt ud. Ost af 25 liter mælk giver Ca. 2.5 kg ost. Ægte parmasan oste fremstilles i størrelser på 50 kg altså af Ca. 500 liter mælk. Ønsket er derfor at udvide kapaciteten til små 100 liter mælk for at komme noget nærmere original produktet.

Lauter tun kan umiddelbart bruges til ostefremstilling. Boileren har det problem at der er monteret kølespiral som gør det svært at granulerer den halvfærdige ost. Tanken er derfor et oste modul bestående af en Boiler med et enkelt varmelegeme og uden kølespiral.

Destilleri

Destillering af alkohol er ulovligt i Danmark og denne del af projektet er selvfølgelig et rent tanke eksperiment og kun tiltænkt som vand behandling for brygning af øl.

Ved at ombygge et gryde låg med en destillations kolonne er det nemt at lave et destillations setup til bryggeriet. Der skal designes en låsering og en pakning for låget så det kan monteres tæt til sluttenede på Boiler modulet.

Boiler er fremstillet med 6,6 kW varmelegrem hvilket er rigeligt for hurtig opvarmning af 45 l vand.

Pasteurisering

For bedre holdbarhed kunne det være anvendelig at kunne pasteurisere øl, cider vin mm. Pasteurisering er en kortvarig opvarmning af den ønskede væske til 72°C med en holde tid på 10 – 15 sekunder.

Modulet for pasteurisering er let ændring af kølespiralen i Boiler modulet.

Ved at tilføje en ekstra frekvens styrret pumpe på spiralens ind gangs side og et termometer på spiralens udgangs side det muligt at styre flowet og tid gennem spiralen. Boiler fyldes med 72°C varmt vand og væsken pumpes kontrolleret gennem spiralen. Ved en flow beregning samt måling af udgangs temperaturen afstemmes pumpeflowet med den ønskede patesuserings tid.