Neues aus der Brauerei: Der Dampfkondensator
Wer kennt das nicht: zu kalt, um draußen zu brauen, aus der Küche gejagt. Keine Garage? OK, runter in den Keller. Nach der Hälfte der Kochzeit merkt man, dass Wasser von der Decke tropft. Es ist nicht ungewöhnlich, 3-6 Liter Wasser während eines 60-90 Kochens zu verdunsten. Was soll man mit dem ganzen Dampf machen?
vielen Dank an "Brundog" aus den homebrewtalk.com Foren, der diese Idee angestoßen und für mich den Ball ins Rollen gebracht hat.
Eigentlich habe ich das Glück, meinen eigenen Platz im Keller zum Brauen zu bekommen, und seit dem ersten Tag kämpfe ich gegen das unvermeidliche Dampfproblem. Um ehrlich zu sein, habe ich die Situation nie richtig behandelt. Meine Lösung war bis jetzt sehr einfach: Ein großer Ventilator im Fenster zeigt nach außen, ein weiteres Fenster wird für die Durchlüftung geöffnet. Sehr laut, sehr kalt, sehr ineffizient!
Wenn du dich mit dem gleichen Problem beschäftigt hast, hast du dich wahrscheinlich schon mit anderen Lösungen wie der Brüdenhaube mit Abluftrohr zum fenster, oder gar ein gutes starkes Abzugshaube, beschäftigt. Vielleicht hast du sie wie ich aus dem einen oder anderen Grund ausgeschlossen. Deshalb habe ich in letzter Zeit nach einer anderen Option gesucht: namens Dampfkondensator.
Die Grundidee eines Dampfkondensators
Die Idee ist einfach. Wir leiten den Dampf in eine Mischkammer, in die wir kaltes Wasser aus einem Düsen in feinem Nebel sprühen. Das kalt vernebelte Wasser absorbiert die Wärme aus dem Dampf und der Dampf erfährt einen Phasenwechsel zu Wasser. Durch die Kondensation haben wir eine starke Volumenreduzierung und erzeugen ein leichtes Vakuum. Dadurch wird mehr Dampf aus dem Kessel gezogen. Das nun erwärmte Wasser und der kondensierte Dampf strömen als (sehr) warmes Wasser aus dem Boden der Kammer.
Wie viel Kühlwasser wird verbraucht?
Das war das erste Anliegen, das ich bei der Recherche der Idee hatte. Wie viel Wasser wird verbraucht? Zum Glück können wir als Maßstab einige einfache Berechnungen verwenden. Es ist lange her, dass ich Physik und Thermodynamik hatte (und zwar auf Englisch), also vergib mir, wenn ich etwas von der Terminologie falsch habe!
Aus der Thermodynamik wissen wir, wie viel Energie zur Dampferzeugung benötigt wird (die Verdampfungswärme). Wir kennen auch die Energiekapazität des Wassers, mit dem wir den Dampf kühlen werden (der Spezifische Wärmekapazität).
Hier gehe ich von einer Wassereintrittstemperatur von 10C und einer Abdampfrate beim kochen von 4 L/Std aus. Die Abddampfrate wird abhängig von deiner Brauanlage sein, aber ich denke dies ist ein gutes anfangspunkt.
| Sprühwassertemperatur | 10C |
| Abdampfrate beim Kochen (systemabhängig) | 4 L/h (kg/h) |
| Spezifische Wärmekapazität von Wasser | 4,184 kJ/(kg·C) |
| Verdampfungswärme von Wasser | 2.260 kJ/Kg |
| Temperaturdifferenz Sprühwasser auf Siedetemperatur | 100C - 10C = 90C |
| Theoretisch verfügbare Kühlleistung | 90C * 4,184 kJ/(kg·C) = 376.56 kJ/kg |
| Energieverbrauch zur Verdampungswärme beim Kochen | 2260 kJ/kG * 4 kg/h = 9040 kJ/h |
| erforderlicher Kühlwasserverbrauch | (9040 kJ/h) / (376.56 kJ/kg) = 24 kg/h |
Für dieses Beispiel benötigen wir also etwa 24 l pro Stunde. Dies war mein Ausgangspunkt für Design und Testzwecke.
Schon genug Theorie!
Wie sieht es in der Praxis aus? Mit ein Dampfkondensator zu arbeiten ist keine neue Idee, sie wurde schon für grössere anlagen angeboten und wurde in den Deutschen hobbybrauer Foren sowie die amerikanischen Foren ziemlich sorgfältig diskutiert. Und die ersten kommerziellen Produkte für Heimbrauereien sind bereits in den USA erhältlich.
Berichte aus den amerikanischen Foren deuten darauf hin, dass die Nutzer ihre Wärmeeinträge beim Abdecken ihrer Braukessel reduzieren müssen, um ein Überkochen zu verhindern. Schon mehrere Anwender behaupten, dass der Heizbedarf um 50% reduziert wird. In der Folge berichten sie auch von niedrigeren Abdampfraten, der aber immer noch über den allgemein anerkannten Industriestandards (mindestens 4-5% Abdampfrate) bleiben. Damit kann ich leben.
Und was ist mit DMS? Das ist einer der Hauptgründe, warum wir diesen Dampf überhaupt erst aus dem Kessel holen wollen. Erreicht der Dampfkondensator dies ebenso wie ein offener Kessel? Ich habe in dieser Hinsicht keine Labormessungen Ergebnisse gefunden, aber die bisherigen Erfahrungen der Hobbybrauer sehen ermutigend aus. Und warum nicht? Schließlich holen wir immer noch den Dampf aus dem Kessel, und damit das viel verachtete DMS.
Aktueller Stand des Prototypen
Mit diesen Hobbybrauer Quellen und die obige Kalkulation als Ausgangspunkt habe ich begonnen, mein eigenes Produkt für den Verkauf in der EU zu entwickeln. Mein Ziel ist es, einen Dampfkondensator zu bauen, der:
- die Kühlkapazität maximiert
- den Wasserverbrauch minimiert
- in bestehende Systeme nachrüstbar ist
- und, aus hochwertigen Materialien hergestellt ist.
Um die Effizienz zu maximieren (in Bezug auf Kühlleistung und Wasserverbrauch), wollen wir die besten Bedingungen für den Wärmeübergang zwischen Dampf und Kühlwasser schaffen. Um dies zu erreichen, soll einen möglichst feinen Nebel aus unserem Kühlwasser erzeugt werden: kleinere Tropfen bedeuten mehr Oberfläche für die Wärmeaufnahme. Es soll auch genügend Zeit für die Interaktion zwischen dem Dampf und dem Kühlwasser geben, bevor das Kühlwasser auf die Kammerwand trifft und sich selber kondensiert.
Einige Faktoren, die wir anpassen können, sind der Kammerdurchmesser und die Art der Sprühdüsen. Um das erstere zum testen, habe ich 4 Prototypen mit unterschiedlichen Innendurchmessern gebaut: 40mm, 50mm, 65mm und 80mm. Im Bereich der Sprühdüsentechnologie habe ich mir Produkte mehrerer großer (deutscher und japanischer) Hersteller angesehen und einige Vollkegel- und Hohlkegel Axial Sprühdüsen genommen, die die gewünschten Volumenstrom und dem kleinstmöglichen durchschnittlichen Tropfengröße erfüllen.
Ich habe die Auswirkungen des Einbaus des Kondensators in den Deckel gegenüber der Kesselwand, die Verwendung einer Dichtung zwischen Deckel und Kessel für eine bessere Abdichtung und den Durchmesser des Einlasses zum Kondensator getestet.
Es könnte noch eine kleine Weilchen dauern, bis das fertige Produkt zum Verkauf steht.
[Update: Der Dampfkondensator ist jetzt im Shop erhältlich!]
Bisher habe ich nur mit kochendes Wasser getestet. Die Ergebnisse sehen ziemlich gut aus. Bisher habe ich festgestellt, dass es bei einem Dampfkondensator mit einem Innendurchmesser von mehr als 50 mm keine große Effizienzsteigerung gibt, mindestens für die 40-60L Braukessel-Serie.
Da mein letztes Fass Bier leer ist, werde ich bald mit einige kompletten Brauvorgänge beginnen.
Hast du schon eine Dampfkondensator und benutzt sie? Bist du an einem Dampfkondensator interessiert? Ich würde mich freuen, von dir in den Kommentaren unten zu hören!